ASME Ⅷ-2压力容器分析设计中,常有人问:
(1)公式计算法与有限元分析设计法该怎么选?
(2)公式计算法与有限元分析设计法是否可以组合设计(如疲劳设备)?

条款核心解读:
(a)强制疲劳筛分:按Part 4部分公式计算的容器,首先需通过疲劳筛分准则判断是否属于疲劳设备,是否需要疲劳分析。若不属于疲劳设备或可免除疲劳分析,且按公式计算部分能涵盖所有部件的所有其它失效模式,则该设备仅按公式计算即可,不需要进行任何的分析计算;若属于疲劳设备,因Part 4部分公式计算不涵盖疲劳失效的分析和评定,此时需额外按5.5.3条中的弹性、弹塑性或等效结构应力法进行疲劳失效的分析和评定;
(b)蠕变工况的特殊筛分:当材料许用应力由时间相关性能(如蠕变)控制时,常规的5.5.3筛分准则不再适用!必须改用基于同类设备经验的疲劳筛选分析(5.5.2条),因蠕变-疲劳交互作用无法用5.5.3条方法评估,只能依赖同类型设备的实际使用经验进行判断和筛分免除。

条款核心解读:
(a)替代关系:对于任何几何结构或载荷工况,均可采用Part 5的分析设计法替代Part 4的公式计算法,以确定设计厚度和/或结构形式(例如接管补强结构)。
(b)组合关系:同一压力容器的各部件,可组合采用Part 5的分析设计法(弹性应力分析、极限载荷分析和弹塑性应力分析)和Part 4的公式计算法,例如筒体用Part 4公式计算确定厚度,复杂接管用Part 5分析计算;
(c)失效模式的兜底:每个部件都要评估所有可能发生的失效模式(包括塑性垮塌、局部失效、失稳、疲劳、棘轮效应、蠕变等),若Part 4的公式计算未覆盖某一失效模式(典型例子是棘轮效应),则必须用Part 5的分析方法来评估;
(d)结构相互作用的考虑:必须考虑部件间的载荷传递和应力叠加。例如:接管的局部高应力会影响筒体的疲劳强度,不能只算接管本身,还要评估筒体在该位置的应力水平。

(1)明确了公式法、应力分类法、弹塑性分析法的独立性,无需相互满足,三种方法中只要任何一种方法评定通过即可;
(2)给了设计人员灵活使用空间,笔者以为也可采用“混搭”的组合设计方法。