压力容器设计有哪些设计准则？它们和压力容器失效形式有什么关系

压力容器设计准则有： 1强度失效设计准则：弹性失效设计准则、塑性失效设计准则、爆破失效设计准则、弹塑性失效设计准则、疲劳失效设计准则、蠕变失效设计准则、脆性断 裂失效设计准则； 2刚度失效设计准则； 3稳定失效设计准则； 4泄漏失效设计准则。 弹性失效设计准则将容器总体部位的初始屈服视为失效，以危险点的应力强度达到许用应力为依据；塑性失效设计准则以整个危险面屈服作为失效状态；爆破失效设计准则以容器爆破作为失效状态；弹塑性失效设计准则认为只要载荷变化范围达到安定载荷，容器就失效；疲劳失效设计准则以在载荷反复作用下，微裂纹于滑移带或晶界处形成，并不断扩展，形成宏观疲劳裂纹并贯穿容器厚度，从而导致容器发生失效；蠕变失效设计准则以在高温下压力容器产生蠕变脆化、应力松驰、蠕变变形和蠕变断裂为失效形式；脆性断裂失效设计准则以压力容器的裂纹扩展断裂为失效形式；刚度失效设计准则以构件的弹性位移和转角超过规定值为失效；稳定失效设计准则以外压容器失稳破坏为失效形式；泄漏失效设计准则以密封装置的介质泄漏率超过许用的泄漏率为失效。

不一样。法兰、螺栓、垫片将管道连接起来并实现管道的密封,其中垫片是法兰连接接口的主要密封原件 。在螺栓预紧力的作用下，垫片和法兰密封面之间产生足够的压力,由垫片填塞住法兰面凹凸不平的微观几何间隙以实现密封。法兰密封失效的设计准则和筒体内部承压失效的准则不一样，影响法兰密封主要有以下几方面因素：法兰连接构件的自身状况、操作条件、人为因素。而筒体内部承压失效的准则是弹性失效准则、塑性失效准则、弹塑性失效准则、爆破失效准备、刚度失效准则、泄露失效准则等。管道的壁厚越大，采用弹性失效准则和采用塑性失效准则得到的失效压力差值越大，建议在进行薄壁容器设计或安全评定时，采用弹性失效准则。当进行厚壁容器设计或安全评定时，采用塑性失效准则。

分别以三油楔固定瓦滑动轴承-刚性Jeffcott转子系统和三油楔固定瓦滑动轴承-弹性Jeffcott转子系统为研究对象,采用有限差分法,通过数值计算联立求解系统自由振动方程、Reyn-olds方程和扰动Reynolds方程。研究了轴承的宽径比、最小间隙比和平均油温的变化对两种系统失稳转速的影响规律并进行了比较。结果表明:减小宽径比,弹性系统失稳转速上升,刚性系统则在小范围内有小幅波动;增大最小间隙比,两系统的失稳转速先减小后增大,最小间隙比的变化对刚性系统的稳定性影响更大;提高平均油温,两系统的失稳转速提高。

一般材料力学教材中描述塑性材料的许用剪切应力为06~08倍的许用应力，脆性材料的许用剪切应力为05~10倍的许用应力。而根据VDI2230标准，发现灰铸铁的剪切强度为14倍的抗拉强度，不知这中剪切强度是否合适，有没有相关的依据，在国内设计螺纹拧入深度的时候一般要求对于灰铸铁要15~20倍的螺纹公称直径，而发现许多国外的图纸，对于灰铸铁与88级螺栓相配合的螺纹孔长度（螺纹旋和长度）等于螺纹公称直径，而实际使用中也没有出现问题。

许用剪切应力的应用和产品的失效模式有关。容器设计准则与失效准则是一个问题的两个方面，采用何种设计准则就是采用何种失效准则的问题。设计容器时，首先应确定容器的失效准则，然后按失效准则进行选择强度理论和计算公式，并确定安全系数。

失效最终表现形式为“泄露”、“过度变形”和“断裂”，但失效不完全等同于破坏。压力容器失效形式大致可分为“强度失效”、刚度失效“、”失稳失效“和“泄漏失效”。

压力容器的设计准则通常有：

1、弹性失效准则；

2、塑性失效准则；

3、弹塑性失效准则；

4、疲劳失效准则；

5、断裂失效准则；

6、蠕变失效准则；

7、腐蚀失效等。

材料失效有很多表现形式，例如：

金属/非金属断口形貌分析；

机械零部件断裂根因分析；

变色/色差根因分析；

表面处理异常分析；

变形/配合不良根因分析；

污染物/夹杂物等异物分析；

龟裂/老化/脆化根因分析；

各类腐蚀不良分析；

焊接不良失效分析；

在帆泰检测，我们做材料分析用到的设备有：扫描电镜和能谱SEM/EDS，傅里叶变换红外显微镜FT-IR，激光拉曼光谱仪，透射电镜TEM，光学显微镜OM，俄歇电子谱仪Auger，二次离子质谱SIMS，X射线光电子能谱仪XPS，X射线衍射仪XRD，示差扫描量热仪DSC，示差热分析仪DTA，动态热机械分析仪DMA，热重分析仪TGA，气质联用仪GC-MS，液相质谱LC-MS，高效液相色谱HPLC，电感耦合等离子光谱仪ICP-OES，电感耦合等离子质谱仪ICP-MS，紫外可见分光光度计UV-VIS，碳硫分析仪，氮氧分析仪，熔融指数测试仪，万能材料试验机，精密荷重机，冲击试验机，布/洛/维氏硬度计等。

但是，失效分析是门技术，设备再强大再精密，也离不开人的判断和分析，经验很重要。

草坪机械中设有齿轮变速箱，改变不同的齿轮传动比可改变播种量、施肥量、喷药量等的多少，若变速齿轮损伤，将引起草坪机械作业不均匀，甚至出现不工作等现象。

齿轮损坏的主要原因大致分为：磨损、起麻点、剥落、渗碳层碎裂、疲劳、撞击、波纹、起棱和冷变形。大多数齿轮的损坏是因为齿轮载荷过大，或者因不正确的换挡或操纵离合器引起撞击或振动载荷。

齿轮的修复方法主要有：换向法、堆焊法、热锻法、镶齿法等。

（1）齿轮轮齿表面损伤的修复方法

①端面换向法修复齿面。对于齿面局部（例如一端）磨损或单工作面磨损（单向转动）的齿轮，在结构上磨损齿轮若为轴向中心平面对称时，采用端面换向（轴向调头）法修理，是经济与合适的。例如，某些变速箱齿轮，由于经常换挡变速，其轮齿一端常出现冲击磨损，如齿轮为轴向对称结构，可调头使用，并改善冲击程度。某些齿轮在设计时已考虑到了其局部（偏于一端）以及单工作面磨损后，便于换修的特殊要求。

②堆焊法修复齿面。齿轮磨损严重和发生严重点蚀或剥落时，可考虑用堆焊法修复。通常，对尺寸较大而且重要齿轮的损伤用堆焊法可获得较大经济效益，并且还可尽快恢复生产。齿轮堆焊的工艺为：焊前退火→清洗→施焊→机械加工→热处理→精加工。

③热锻法修复齿面。轮齿工作面严重磨损使齿厚严重减薄时，可用热锻法将齿顶部分的金属挤压到工作齿面上去，以得到包含齿形修复的机加工余量的齿厚，然后只需在轮齿顶部进行堆焊。与齿面堆焊法比较，本法操作方便，金属熔合状态较好，质量也容易保证，但需热锻工艺及相应的复杂设备支持，成本也较高。两种方法的堆焊层如图9-28所示。

图9-28 两种堆焊层

（2）齿轮断齿的修复方法

①镶齿法修复断齿。对于个别断齿，该齿轮上其他轮齿完好（特别应注意断齿的相邻齿的情况）；同时，对该齿轮精度要求不很高、工作速度较低的情况下，可用镶齿法修复，如图9-29所示。

图9-29 镶齿法修复齿轮

②拼接法修复断齿。大型齿圈断裂时，或较大的齿轮有部分齿损坏时，可用拼接法修复。用气焊或锯（或无齿锯）割去齿轮的损坏部位，然后必须用专用工具使变形的齿轮恢复原形，如图9-30所示。再在另一个不能修复的同样齿轮上取下需要的部分，或按缺口尺寸形状用与原齿轮相同或相近材质的材料制成一部分齿圈，焊到缺口上。

图9-30 恢复齿轮原形位的专用工具

焊前应在焊接处磨出45°坡口，作为8～10mm宽的焊缝，焊后进行机械加工。为了保证拼接部分与原齿轮齿距均匀，应在拼接的全过程中要多次反复测量公法线长度W，如图9-31所示。

图9-31 用拼接法修复齿轮

③堆焊法修复断齿。用堆焊法修复个别断齿时，在焊前必须认真判别断齿模式，对于断口面上的

裂纹，特别是疲劳裂纹必须清根至裂纹前沿，再予施焊。为避免焊接过程的热影响，可将齿轮浸入水中，仅将施焊部分露出水面，并对其邻近堆焊处的表面用石棉布遮盖，如图9-32所示。

图9-32个别齿轮的局部堆焊

（3）齿轮裂纹的修复

①齿轮疲劳裂纹的修复。对于轮齿或轮缘、辐板上初期的疲劳微裂纹，可在其裂纹扩展前沿钻孔（钝化孔）阻止其继续扩展以延长其使用寿命。实际上，对于较严重的轮齿疲劳裂纹，其扩展前沿又不明确，即使用无损探伤也难以定位、定量，可考虑沿裂纹扩展方向锯去残齿，再按断齿修复。

②齿轮工艺裂纹的修复。对于仍处于稳定扩展的表面（或次表面）裂纹，可采用打磨或锉修的方法予以消除，以延长其使用寿命。在清除裂纹时，应清除掉裂纹尖端的形变层为好。

③齿轮材料内部裂纹的修复。在经无损探伤定位、定量后，应用断裂力学对其进行残余寿命评估后，再予以适当处置；有限使用，或报废更换。

（4）齿轮永久变形的修复

①齿轮轻微塑性变形的修复。不太严重的损伤，如飞边、小压痕、起脊等，可将其塑性变形凸起部分予以锉刮修整。如轮齿材料过软，可予以表面强化（或局部硬化处理），如喷丸强化。如润滑不良，可改善润滑，例如对于起脊损伤的齿轮，可使用含极压添加剂的高黏度润滑油以改善润滑条件。

②齿轮塑性变形严重的修复。较重损伤如端面冲击塑性变形，则在轴向可调头的条件下，对此损伤齿轮采用端面换向法。或在有价值（如批量较大）并有条件热锻时，可采用热锻法修复。对于严重塑性变形损伤的齿轮，除采取上述措施修复外，还应排除具体的载荷或（和）环境等导致损伤的因素。

③齿轮轴严重弯曲塑性变形的修复。齿轮轴发生弯曲塑性变形时，可用压力（用压力机）矫直和冷却矫直的方法进行修复。为克服弹性失效的影响，对于直径（最大有效直径）小于50mm的齿轮轴，可将其加热到400～500℃并保温05～1h；而对于直径更大和（或）变形较大的齿轮轴，则加热温度还要适当提高（500～600℃），因为在这样热态条件下进行矫直，可以保证矫直复原的稳定性。

外观可能具有欺骗性，尤其是在使用阻力带进行训练时。这种不起眼的设备看上去并不像负重的杠铃或沉重的哑铃那样“硬派”，因此，可以推断出，这些阻力带可能对伤病康复者和低冲击力锻炼的老年人非常有用，但在帮助健身房训练者增大肌肉尺寸和力量方面却显得糟糕，真的是这样吗？错误，太错了！

像弹性管设备一样，弹性阻力运动已经存在了近一个世纪。它最初是作为一种独特的锻炼工具而引入的，并最终作为康复设备而流行。如今，阻力带已不仅仅是自由重量的入门级替代品。世界各地的优秀运动员（如足球运动员、UFC拳击手、举重运动员和健美运动员）都使用它们来增强力量、速度甚至肌肉大小。

弹性阻力和自由重量阻力（即杠铃和哑铃）有几个共同点，所有这些对于有效的阻力训练程序至关重要：

它们都提供某种形式的抵抗；

它们允许自由运动；

它们允许可变的移动速度；

它们允许渐进抵抗。

尽管有相似之处，你仍可能认为，由于阻力带的轻巧和脆弱外观，自由重量显然是优越的阻力训练设备；但是，研究表明，在进行弹性阻力运动时，肌肉活动和峰值负荷与自由重量训练相似。研究还发现，使用弹性管、松紧带和类似装置的方法与自由重量方法类似，可增加肌肉力量和大小并减少体内脂肪。

换句话说，在给定的运动范围内，只要阻力大致相同，你的肌肉纤维就不会知道哑铃和阻力带之间的差异。

阻力带的好处

除了它们相同的方式外，弹性阻力还提供了一些重要的性能增强功能，而自由重量则没有。

深度剖析阻力带（弹力带）训练特点

1更多的运动平面

与自由重量不同，阻力带不依靠重力来提供阻力。这增加了它们在模仿日常生活以及特定运动的功能性运动方式中使用的潜力。由于自由重量依赖重力，因此它们只能在垂直平面即重力方向上提供阻力。因此，如果你在水平面上进行自由重量运动，例如在握哑铃的同时将手从身体的左侧移到右侧，则没有阻力（空气阻力忽略）。

弹性管不是这种情况。水平面的运动是公平的。借助阻力带，你可以进行锻炼例如左右摇摆身体，侧踢和拳打，以及模仿棒球挥杆或篮球传球的动作，增加了阻力。这对于希望增强性能并减少受伤风险的运动员特别有用。在1998年的一项研究中，与不使用阻力带的人相比，使用阻力带进行训练的大学生网球运动员的肩部力量和发球速度大大提高。

在另一项研究中，研究人员发现，一个阻力带训练项目比一个使用哑铃的项目更能增强大学棒球投手的肩袖肌肉。

当你做一些常规任务（例如在搬运沉重的箱子时转动身体）时，水平面运动也很方便。人们将这些日常运动视为理所当然，但是如果水平方向上的力量不足，尤其是随着年龄的增长，你很容易受伤。

因为弹性阻力不依赖于重力，它也可以通过改变弹性管道或阻力带上的拉力线来将重点放在一组中间的工作肌肉上。在1998年的一项研究中，研究人员提供了一个具体的例子，报告说，当受试者改变拉的方向时，在弹性管蹲坐和踏步练习中对股四头肌和腘绳肌的训练重心会发生变化。

这种改变重点的能力对于出于美学原因或运动要求而寻求针对特定肌肉的人来说很重要。对于受伤的人来说也很重要，因为将力量更多地转移到某些肌肉上可以帮助保护某些关节。例如，在下蹲或踩踏运动中更大的腘绳肌力量可以帮助保护膝盖周围的某些结构。用自由重量很难做到这一点，因为正如前面提到的，他们需要的力量方向是垂直的，由于依赖重力的阻力。

深度剖析阻力带（弹力带）训练特点

2恒定张力

弹性阻力的另一个好处是，它可以为被训练的肌肉提供持续的张力。当您沿竖直方向以外的任何方向举起自由重量时，肌肉上的张力会发生变化，并且实际上可以在某些位置消除。同样，它归结为需要和不需要重力的阻力之间的区别。

例如，在哑铃弯举时，当你将重量一直弯举到最大时， 由于不再通过肱二头肌将哑铃抵抗重力抬起，因此在顶部消除了张力。当肱二头肌通过弹性阻力弯举时，张力会出现在整个运动范围内，因为阻力来自束带的弹性特性，而不是哑铃的重量。

深度剖析阻力带（弹力带）训练特点

3线性可变阻力

可以说，阻力带训练的最明确的特征是线性可变阻力，这意味着随着运动范围的增加，阻力也随之增加。例如，当你用阻力带进行肱二头肌弯举时，当你将手向肩膀弯举时，阻力会逐渐增大。这是由于弹性材料的物理特性，我们在某个时候都曾体验过橡皮筋：橡皮筋伸展得越多，其提供的阻力就越大。

这种弹性的好处之一是，随着运动范围的扩大（从而增加阻力），它在目标肌肉中使用的肌肉纤维数量也会增加。使用的肌肉纤维越多，肌肉力量的适应能力就越强。这是自由重量所不能提供的额外好处。

这种线性可变阻力的另一个有价值的副作用是，在大多数情况下，它比自由重量更能模拟肌肉的力量曲线。力量曲线指的是肌肉或肌肉群的力量在一个运动范围内的变化方式。大多数肌肉在一定范围的运动范围内都会增强力量。

同样，以哑铃弯举为例，当你将手臂朝着肩部弯举时，肱二头肌弯举直到运动半程肌力输出越来越强。因此，肱二头肌在运动开始时肌力输出最弱，而在中点时最强。在自由重量的情况下进行弯举时，由于肱二头肌在最弱点（运动开始时）的强度是有限的，可以使用的阻力受到限制。结果，肌肉在运动范围内没有获得足够的阻力。

但是，当你使用阻力带进行弯举时，阻力会随着运动范围的增加而增大，因此，肌肉在其最强点处会获得更大的阻力，从而刺激更大的肌肉力量适应。

许多人报告说，与自由重量相比，他们的弹性阻力训练体验会有所不同，例如，肌肉更强的“燃烧感”和更大的肌肉疲劳程度。对此，线性可变阻力表示感谢。

研究已经证实了这一传闻证据。2004年的一项研究发现，将弹性阻力卧推训练纳入其方案中的运动员，平均卧推力量和力量的增加要比仅进行自由重量训练的运动员大得多。

在2006年的一项研究中，除了自由重量训练外，还使用阻力带训练的运动员的腿部力量要比仅使用自由重量训练的运动员大得多。

深度剖析阻力带（弹力带）训练特点

4不再作弊

弹性阻力的另一个关键好处是，它可以防止使用者在做运动时作弊，这是自由重量训练的惯常做法，尤其是对于初学者而言。作弊涉及利用冲力使重量运动。一旦建立了该冲力，就不再需要最大程度地激活肌肉纤维来继续在整个运动范围内移动重量。换句话说，在这一点上，冲力正在完成大部分工作，而不是肌肉。

弹性阻力设备的物理属性根本不允许你通过冲力来作弊。在进行具有弹性阻力的锻炼的同时继续运动的唯一方法是呼唤更多的肌纤维来继续拉伸阻力带。

阻力带的底线

弹性阻力提供的一些好处超过了自由重量。这些额外功能包括功能强度，防止伤害，获得更大的爆发力以及特别是在家里或旅行时的使用方便性。

信不信由你，使用弹力带可以带给你大多数人认为仅来自自由重量训练的那种结果，即增加肌肉的力量和大小，减少体内的脂肪。所有这些都来自轻量级的阻力带。