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附錄1：外文翻譯
強度標準與壓力容器設(shè)計和分析中使用的塑性流動標準
摘要：這篇文介紹了傳統(tǒng)強度標準和壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計和完整性評估中使用的現(xiàn)代塑性流動標準的重要比較。這包括（1）簡要介紹ASME鍋爐和壓力容器（B＆PV）規(guī)范中使用的傳統(tǒng)強度標準，（2）討論傳統(tǒng)強度標準在用于預測壓力容器爆裂壓力時的缺點（3 ）對改進傳統(tǒng)強度標準的挑戰(zhàn)，技術(shù)差距和基本需求的分析，（4）比較韌性材料的強度理論和塑性理論，（5）評估可用的塑性流動標準及其壓力預測壓力的缺點（ 6）對新開發(fā)的多軸屈服準則的描述及其在壓力容器中的應用，以及（7）當頂層壓縮薄壁壓力容器的爆破壓力時，新的塑性流動標準的實驗驗證表明。最后，提出了進一步研究的建議，以改進傳統(tǒng)的強度設(shè)計標準，并促進現(xiàn)代塑料流動標準的壓力容器設(shè)計和分析。
關(guān)鍵詞：壓力容器，管道，強度理論，塑性流動理論，強度設(shè)計，完整性評估
壓力容器是大容器，設(shè)計用于容納或輸送大體積的流體，內(nèi)部壓力大大高于標準大氣壓力。它們具有各種形狀，尺寸和操作條件，并廣泛應用于核反應堆，化學反應堆，管道，儲罐和油氣管道等能源和石化工程。流體可以是液體或壓縮氣體，例如原油，天然氣，汽油，氫氣，二氧化碳和其他化學或石化產(chǎn)品。許多流體是易燃的，有毒的，反應性的，腐蝕性的或爆炸性的，因此是危險的。加上高壓，如果壓力容器的設(shè)計，建造，操作，檢驗，測試或修理設(shè)計不當，存在潛在的危險。發(fā)生了致命的事故
壓力容器開發(fā)和運行歷史，對人類、環(huán)境、財產(chǎn)和經(jīng)濟都有重大影響。一般來說，較大的閥體中的較高的操作壓力會產(chǎn)生更多的能量以在破裂中釋放并導致更差的后果。即使船只不易燃，反應性或爆炸性，也存在危險。例如，含有水或空氣的高壓容器在破裂時可釋放大量的能量。如果船只的內(nèi)容物易燃或有毒，其后果可能會大幅度放大。因此，壓力容器的安全性和完整性在結(jié)構(gòu)設(shè)計，制造，施工，運行和安全管理方面至關(guān)重要。
通過廣泛的努力和調(diào)查，多年來一直開發(fā)出多種壓力容器技術(shù)和設(shè)計方法。在此基礎(chǔ)上，壓力容器設(shè)計，制造和運行受到工程部門的監(jiān)管，并得到立法支持，如美國機械工程師協(xié)會（ASME）鍋爐和壓力容器（B＆PV）代碼[1] .Witkin和Mraz [2]討論了壓力容器的早期設(shè)計理念和基本應力標準。伯恩斯坦[3]評論在美國開發(fā)的鍋爐和壓力容器的設(shè)計標準和方法，包括ASME B＆PV Code的演變，代碼操作，規(guī)則設(shè)計，分析設(shè)計，故障模式，強度理論，設(shè)計負載和代碼案例。 Spence和Nash [4]對壓力容器技術(shù)及其發(fā)展進行了很好的回顧，其中確定了多個里程碑，為開發(fā)新的設(shè)計標準，分析方法，制造，操作過程和壓力設(shè)備提供了刺激。 Hasagawa等[5]回顧了日本B＆PV代碼和標準的發(fā)展歷史背景，現(xiàn)狀和未來趨勢。哈維[6]的專著是一本優(yōu)秀的教科書，具有基本的力學理論和各種實際使用的壓力容器的基本設(shè)計方法。參考文獻[7]詳細介紹了核壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和實踐的技術(shù)和方法。
大多數(shù)壓力容器由易碎的金屬材料（如鑄鐵）或延性材料（如碳鋼或軟鋼）制成?；诔叽?，如果壁厚小于直徑的1/10，或其他厚壁外殼，則壓力容器被分類為薄壁外殼。在壓力容器的強度設(shè)計中，確定破壞載荷或爆破壓力對結(jié)構(gòu)完整性評估至關(guān)重要。除了ASMEB和PV Code采用的傳統(tǒng)強度設(shè)計方法外，還有塑料流動標準和許多其他分析，經(jīng)驗或數(shù)值方法，這些方法是通過理論建模，數(shù)值模擬和實驗測試和分析。 Chistopher等人[8] Dwivedi和Kumar [9]提出了對薄壁和厚壁壓力容器的爆破壓力預測方法的綜述。 Law和Bowie [10]討論了用于長時間運輸油或氣的高強度管線，即薄壁環(huán)流壓力容器的爆破壓力預測距離。 Zhu和Leis [11]在強度理論和塑性流動理論方面對各種管線鋼進行了一系列爆破壓力預測模型的評估。然而，到目前為止，在公共文獻中沒有提供對傳統(tǒng)強度標準和壓力容器設(shè)計和分析中使用的現(xiàn)代塑性流動標準的比較研究。這促使了目前對壓力容器行業(yè)有利的研究，并促進了ASME B＆PV Code的改進。本文簡要回顧了ASME B＆PV Code中傳統(tǒng)實力標準的討論，討論了傳統(tǒng)實力標準的缺陷以及改進傳統(tǒng)設(shè)計方法的挑戰(zhàn)，技術(shù)差距和需求。 特別注意新技術(shù)和開發(fā)的強度設(shè)計標準和完整性評估方法，最近為由延性鋼制成的薄壁圓柱形壓力容器。 建議進一步研究，以改進壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和完整性評估。
強度理論 - 應用與挑戰(zhàn)
ASME B＆PV代碼中使用的強度設(shè)計標準：在壓力容器設(shè)計中，假設(shè)有兩種基本的強度破壞模式。一種是彈性破壞，由彈性理論決定，一般適用于厚壁壓力容器。另一種是塑性破壞，受塑性理論的約束，一般適用于薄壁或中間壁壓力容器。當材料拉伸超過彈性極限時，發(fā)生塑性變形，并且最終可能發(fā)生塑料容器破裂。與故障相關(guān)的材料性能
屈服強度和極限拉伸強度（UTS）。壓力容器通常具有多軸應力狀態(tài)。其故障不受單一應力分量控制，而是由容器中所有應力分量的組合控制。為了簡單，傳統(tǒng)在實際應力與材料強度之間的關(guān)系中，利用強度理論來開發(fā)材料破壞準則，用于預測壓力容器故障。經(jīng)常使用三種理論強度的計算方法：
最大主應力理論或薄殼理論。 對于脆性材料在彈性失效中是有意義的：
最大剪切應力理論或特雷斯卡理論。 對于塑性破壞的延性材料是適用的：
最大失真能量理論或von Mises理論。 它也用于塑性破壞時的延性材料：
在上述三個方程中，是主應力，是Tresca有效應力，是von Mises有效應力，是臨界應力，其經(jīng)驗定義為屈服應力和UTS的函數(shù)。如果， （2）和（3）分別對應于Trescayield標準和von Mises屈服準則。這兩種屈服準則通常用于描述延性材料的塑性失效。如果r 0?ruts， （2）和（3）分別對應于Tresca強度標準和von Mises強度標準。這兩個強度標準被稱為基于UTS的標準，并且通常用于描述延性材料的塑性塌陷。如果r 0?r流量，則Tresca標準在公式（2）被稱為管道行業(yè)經(jīng)常用于描述延性管道鋼的塑性破壞失效的流動標準。
原始/舊的ASME B＆PV代碼通過分析使用了剛剛提到的前兩種古典強度理論，并沒有使用第三種。特別是，第一節(jié)第三節(jié)第一節(jié)（NC，ND和NE），第四節(jié)和第八節(jié)第1節(jié)都使用最大主應力理論。第三節(jié)第一部分（NB分部和NC的可選部分）和第八部分第二部分使用了最大剪切應力強度標準。正如參考文獻[7]，ASME使用特雷斯卡有兩個原因標準作為通過分析程序設(shè)計的基礎(chǔ)，以預測延性鋼的塑性破壞：（a）它是保守的，（b）工程師在壓力容器設(shè)計和整體評估中使用簡單。然而，普遍接受的是，von Mises標準可以更好地描述塑性變形延性材料的破壞行為。 von Mises等效應力被認為是對壓力容器的Tresca等效應力的更好的故障預測因子。因此，2007年新版本的ASME B＆PV Code采用了von Mises的實力標準。參考文獻[12]提出了ASME B＆PV Code-2007第八部分第2部分的綜述，并比較了ASMEB和PV代碼的新舊版本中使用的方法和許用應力。
隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)和計算力學方法的快速發(fā)展，個人計算機已經(jīng)經(jīng)常用于工程設(shè)計和分析中，結(jié)合使用彈塑性有限元分析（FEA）對任何結(jié)構(gòu)的復雜應力和變形計算）。數(shù)學上在應力空間中，von Mises屈服函數(shù)是連續(xù)的，可以很容易地適應于FEA程序中的代碼，用于復雜應力問題的數(shù)值計算。相比之下，特雷斯卡收益率函數(shù)是不連續(xù)的，難以編碼，因此，它沒有被用于任何商業(yè)的FEA軟件。例如，常用的FEA軟件ABAQUS [13]采用了von Mises金屬可塑性流動理論。使用ABAQUS，Stonehouse等[14]通過噴嘴獲得了壓力容器的FEA數(shù)值結(jié)果，并根據(jù)分析程序的設(shè)計，對ASME B＆PV Code中的彈塑性方法進行了分析。同樣，已經(jīng)進行了大量的FEA計算，使用von Mises理論進行分析。 Liu et al。 [15]和Dwivedi和Kumar [16]確定了不同薄壁壓力容器的爆破壓力，Chaaba [17]獲得了厚壁壓力容器的各種材料硬化規(guī)則的塑性倒塌壓力，Rohart等。 [18]回顧了在循環(huán)壓力下具有漸進式（棘輪）壓力容器的不同設(shè)計方法，Abdalla等[19]計算出受彎管件彎曲的限位載荷穩(wěn)定內(nèi)壓和循環(huán)彎矩。
為確保壓力容器在設(shè)計壽命內(nèi)不會發(fā)生故障，ASME B＆PV規(guī)范規(guī)定了各種情況下允許的應力極限，包括過度的彈性或塑性變形，彎曲，脆性斷裂，應力破裂，塑性破壞，和別的。允許應力定義為屈服強度或UTS的分級（或安全系數(shù)），例如屈服強度的2/3或1 / 3UTS或1 / 2UTS，并且這種允許應力需要強度設(shè)計標準。為了方便起見，這項工作直接使用應力強度而不是允許的應力，并且著重于由施加的載荷產(chǎn)生的主應力，而不是通過應變控制條件下結(jié)構(gòu)的自約束產(chǎn)生的次級應力。
圓柱形外殼的強度設(shè)計標準。 圓柱形殼體是通常用于核，化石，石油化工和石油和天然氣工業(yè)的薄壁容器。 大直徑的薄壁圓柱形容器在石油和天然氣工業(yè)中通常被稱為管道。 通過焊接連接的許多管道形成管道，以長距離運輸原油或天然氣。 圓柱殼的基本設(shè)計方法適用于管道，一般來說，在圓柱形殼體中有兩種可能的破壞方向：縱向或圓周方向。 這取決于船舶產(chǎn)生的兩個主要應力： 一個是環(huán)向應力，另一個是軸向應力。
附錄2：外文原文