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第1章 绪论1

1.1 ASME压力容器规范是压力容器的建造规则1

1.2 ASME规范规定了强制性要求、特殊禁用规定以及非强制性指南2

1.3 ASME规范是包括多种制造方法、多种材料容器的建造规则3

1.4 ASMEⅧ-1、Ⅷ-2是包括立式或卧式容器、换热器、球形容器、膨胀节等在内各种压力容器的建造规则4

1.5 Ⅷ-1、Ⅷ-2、Ⅷ-3共三册，各适用于不同的对象5

1.6 关于计算机和有限元的使用，设计用线算图和曲线拟合公式8

1.7 ASME规范的卷、版本、增补、条款解释、规范案例、例题9

1.8 内容不断增加、更新，安全（设计）系数不断降低，不断引入新的设计理念11

1.9 和我国相关压力容器标准的关系12

1.10 对阅读、使用ASME规范的提醒13

参考文献14

第1篇 ASME Ⅷ-1分析17

第2章 材料、安全系数和低温操作的防脆断措施17

2.1 受压件和非受压件的材料17

2.2 安全系数和材料许用应力的确定17

2.3 防止低温操作脆性断裂的总体思路、措施及其相关规定的制定依据20

2.3.1 防止低温操作脆性断裂的历史沿革20

2.3.2 ASMEⅧ-1的低温操作防脆断措施分析22

2.3.3 对理解规范关于防脆断措施相关规定时的注意点31

2.4 我国压力容器标准GB 150在材料、安全系数和防脆断措施方面的主要区别31

参考文献33

第3章 焊接接头和焊接接头系数34

3.1 焊接接头34

3.1.1 分类的目的34

3.1.2 分类的基本出发点34

3.1.3 焊接接头分类35

3.1.4 对理解规范关于焊接接头分类时的注意点38

3.1.5 焊接接头型式38

3.1.6 焊接接头的无损检测程度39

3.2 焊接接头系数40

3.2.1 焊接接头的使用限制40

3.2.2 焊接接头的无损检测要求和相应的标志41

3.2.3 焊接接头系数的选用42

3.2.4 确定焊接接头系数的实例分析43

3.2.5 角接接头的结构型式和强度校核45

3.3 焊接接头的有关问题46

3.3.1 焊接接头处及其附近的开孔接管46

3.3.2 焊接接头在容器上的布置47

3.4 GB 150在焊接接头类别和类型、焊接接头的使用、无损检测以及焊接接头系数方面的主要区别47

3.4.1 GB 150的焊接接头分类47

3.4.2 GB 150的焊接接头无损检测和焊接接头系数49

3.4.3 GB 150的焊接接头在容器上的布置49

参考文献50

第4章 压力容器设计中的有关问题51

4.1 失效准则51

4.2 强度理论52

4.3 载荷52

4.4 设计（操作、许用）温度和设计（操作、设计、最大许用工作）压力53

4.5 独立容器和组合容器53

4.6 厚度54

4.7 压力试验54

4.7.1 液压试验54

4.7.2 气压试验57

4.7.3 试验温度58

4.7.4 对理解规范关于压力试验相关规定时的注意点58

4.8 设计中所采用的安全措施58

4.8.1 腐蚀裕量和指示孔58

4.8.2 检查孔59

4.8.3 超压防护装置59

4.9 GB 150和ASMEⅧ-1在防止各种失效方式的措施以及压力试验上的联系和区别60

4.9.1 防止各种失效方式的措施60

4.9.2 压力试验61

参考文献63

第5章 内压圆筒和封头设计64

5.1 内压圆筒和球壳设计64

5.2 内压封头设计66

5.2.1 椭圆形（包括半球形）封头设计67

5.2.2 碟形（包括半球形）封头设计69

5.2.3 锥形封头设计72

5.2.4 平封头设计79

5.2.5 对理解各类内压封头设计原理时的注意点81

5.3 GB 150在内压圆筒和封头设计中的主要区别81

5.3.1 圆筒、球壳和锥壳设计81

5.3.2 椭圆和碟形封头设计84

5.3.3 平封头设计85

参考文献85

第6章 真空容器和外压组件设计86

6.1 外压组件的稳定性设计概述87

6.1.1 外压圆筒的周向稳定性设计87

6.1.2 外压圆筒上的加强圈设计92

6.2 外压封头设计95

6.2.1 球形封头设计95

6.2.2 椭圆形封头设计96

6.2.3 碟形封头设计96

6.2.4 锥形封头设计96

6.2.5 对理解各类外压封头设计原理时的注意点105

6.3 圆筒的许用轴向压缩应力106

6.4 半管式夹套容器设计106

6.4.1 半管式夹套容器设计的主要思路107

6.4.2 设计方法、步骤和应予注意的点108

6.5 GB 150在外压组件设计中的主要区别108

参考文献111

第7章 开孔接管及其补强设计112

7.1 开孔补强的理论基础113

7.1.1 孔边的应力增强113

7.1.2 开孔对容器材料承载截面积和承载能力的削弱113

7.1.3 接管和器壁构成不连续结构所引起附加的边缘应力114

7.2 补强设计方法115

7.2.1 补强设计准则115

7.2.2 开孔形状、开孔相对于组件尺寸的限制115

7.2.3 补强的有效范围116

7.2.4 不需补强的最大开孔直径116

7.2.5 开孔和焊接接头的相遇或相邻117

7.2.6 开孔补强计算118

7.2.7 开有排孔时的设计122

7.2.8 圆筒和锥壳上的大开孔补强122

7.2.9 补强件及其焊缝的强度校核124

7.2.10 接管颈部的厚度128

7.2.11 对理解开孔补强设计原理时的注意点129

7.3 GB 150和ASMEⅧ-1的联系和区别130

参考文献133

第8章 法兰及其相关组件的设计134

8.1 密封计算135

8.2 法兰计算136

8.2.1 法兰应力计算136

8.2.2 法兰力矩计算139

8.2.3 法兰设计的应力和刚度校核142

8.2.4 对华脱尔斯法兰设计方法的讨论143

8.2.5 对理解华脱尔斯法兰设计方法原理时的注意点144

8.3 用螺栓连接的凸形封头144

8.3.1 类型（a）的设计145

8.3.2 类型（b）的设计145

8.3.3 类型（c）的设计146

8.3.4 类型（d）的设计148

8.4 反向法兰和中心开有单个大圆孔的整体平盖150

8.4.1 反向法兰150

8.4.2 中心开有单个大圆孔的整体平盖153

8.4.3 中心开有单个大圆孔平盖和反向法兰的相互联系158

8.5 卡箍连接件的设计159

8.5.1 卡箍连接螺栓的受载分析和设计159

8.5.2 卡箍和高颈的受载分析161

8.5.3 高颈和卡箍的应力分析及校核条件162

8.6 螺栓中心圆外由金属与金属相接触的平面法兰设计164

8.6.1 受载分析165

8.6.2 组件的分级和单个法兰的分类167

8.6.3 1级组件法兰的各部应力计算168

8.6.4 法兰设计许用应力171

8.6.5 法兰厚度和螺栓总截面积的估计171

8.7 GB 150和ASMEⅧ-1在法兰及其相关组件设计上的联系和区别172

参考文献173

第9章 非圆形截面容器174

9.1 非圆形截面容器的结构和载荷分析174

9.1.1 焊接结构和设计中的考虑174

9.1.2 开孔和对开孔后引起削弱的考虑175

9.1.3 载荷175

9.2 非圆形截面容器设计原理分析175

9.2.1 容器两端封头对侧板的加强作用176

9.2.2 设置加强件的有关问题177

9.2.3 应力校核条件179

9.2.4 焊接接头系数E和孔带削弱系数e179

9.3 内压非圆形截面容器设计公式举例分析180

9.3.1 无加强件、无拉撑件、无过渡圆弧的对称矩形截面容器180

9.3.2 无拉撑件、无过渡圆弧、设有加强件的对称矩形截面容器181

9.4 受外压（真空）的非圆形截面容器183

9.4.1 侧板和封头的稳定性校核184

9.4.2 非圆形截面容器的柱状稳定性校核186

9.5 GB 150和ASMEⅧ-1的联系和区别187

参考文献187

第10章 管壳式换热器和膨胀节188

10.1 管壳式换热器管板设计的基本原理189

10.2 各类换热器管板对开孔削弱以及管板有效螺栓载荷和延伸部分的共有考虑190

10.3 U形管式换热器管板的设计192

10.3.1 结构类型192

10.3.2 影响各类结构管板的因素分析192

10.3.3 设计规程分析193

10.3.4 对简支U形管式管板的设计程序分析196

10.4 固定管板式换热器管板的设计197

10.4.1 结构类型197

10.4.2 影响各类管板结构的因素分析198

10.4.3 设计规程分析199

10.4.4 计及邻近管板处简体不同材料和厚度的结构与设计205

10.5 浮动管板式换热器管板的设计206

10.5.1 结构类型206

10.5.2 影响各类管板结构的因素分析208

10.5.3 设计规程分析209

10.6 管子对管板连接的强度设计213

10.7 对理解换热器设计原理时的注意点217

10.8 膨胀节217

10.8.1 强度、刚度要求和许用循环次数计算218

10.8.2 轴向位移计算220

10.8.3 轴向刚度计算221

10.8.4 膨胀节的压力试验221

10.9 我国热交换器标准GB/T 151、JB 4732和ASMEⅧ-1的联系和区别221

参考文献223

第11章 制造、检验和试验中有关问题的分析224

11.1 冷、热加工成形224

11.1.1 多层容器层板贴合度的要求224

11.1.2 壳体在成形后允许的局部减薄区227

11.1.3 焊后热处理要求228

11.1.4 冷成形后的热处理要求228

11.1.5 对接焊缝的布置、错边及余高229

11.1.6 圆筒、锥壳和球壳在成形后的允许偏差230

11.1.7 成型封头的形状允差232

11.2 无损检测要求234

11.3 压力试验234

11.4 我国标准GB 150和ASMEⅧ-1在制造、检验及试验中有关问题的联系与主要区别234

参考文献234

第2篇 ASME Ⅷ-2分析236

第1部分 按规则设计236

第12章 材料、安全系数和防脆断措施238

12.1 确定许用应力的安全系数和许用材料238

12.2 防止脆性断裂的措施239

12.3 我国压力容器标准JB 4732在安全系数和防脆断措施方面的主要区别243

参考文献243

第13章 焊接接头和焊接接头系数244

13.1 焊接接头分类和形式244

13.2 各类焊接接头的使用245

13.3 无损检测要求245

13.4 焊接接头系数246

13.5 关于RT或UT的检测250

13.6 JB 4732和ASMEⅧ-2在焊接接类别头及焊接接头系数中的主要区别250

参考文献250

第14章 容器设计中的有关问题251

14.1 强度理论251

14.2 载荷251

14.3 压力试验252

14.3.1 气压试验253

14.3.2 组合容器的液压试验253

14.3.3 带夹套容器（带夹套部分）的液压试验254

14.4 试验压力的限制254

14.5 JB 4732和ASMEⅧ-2在压力试验上的联系和区别255

参考文献255

第15章 内压圆筒和封头设计256

15.1 圆筒、球壳和锥壳256

15.1.1 圆筒、球壳和锥壳设计256

15.1.2 圆筒与锥壳的过渡连接258

15.1.3 斜锥壳设计262

15.2 碟形和椭圆形封头设计262

15.3 平封头设计263

15.4 对理解内压元件设计原理时的注意点263

参考文献263

第16章 真空容器和外压组件设计264

16.1 ASMEⅧ-2（2007年版起）对外压组件设计的主要修改内容264

16.2 外压组件设计中的有关问题265

16.3 圆筒在外压及其他载荷作用下的设计266

16.3.1 圆筒设计267

16.3.2 加强圈设计274

16.4 锥壳在外压及其他载荷作用下的设计277

16.4.1 锥壳设计277

16.4.2 加强圈设计279

16.4.3 锥壳和圆筒连接处的设计280

16.4.4 斜锥壳设计280

16.5 球壳、半球形和成型封头在外压及其他载荷作用下的设计280

16.5.1 球壳和半球形封头280

16.5.2 凸形封头282

16.6 半管式夹套设计282

16.7 对理解外压元件设计原理时的注意点282

参考文献283

第17章 开孔接管及其补强设计284

17.1 总的思路284

17.2 内压圆筒上径向开孔接管的补强计算286

17.3 外压圆筒上径向开孔接管的补强计算简述290

17.4 对理解开孔接管及其补强设计原理时的注意点291

17.5 其他内压或外压组件上径向或非径向开孔接管的补强291

参考文献292

第18章 法兰及相关组件的设计293

18.1 法兰设计293

18.2 用螺栓连接的凸形封头设计294

18.3 反向法兰设计294

18.4 卡箍连接件设计294

参考文献294

第19章 卧式容器及鞍座设计295

19.1 结构分析295

19.2 载荷分析298

19.3 各处应力计算及强度校核299

19.3.1 圆筒上的轴向总应力及其校核条件299

19.3.2 鞍座处圆筒或封头上的切向剪切应力和封头上的附加拉伸应力及其校核条件301

19.3.3 鞍座处圆筒及其加强圈上（如设置）的周向压缩总应力及其校核条件304

19.3.4 鞍座载荷校核312

19.4 双鞍座卧式容器上各处应力的计算和校核条件汇总312

参考文献315

第2部分 ASMEⅧ-2按分析设计部分分析316

第20章 ASMEⅧ-2按应力分析设计部分的改写背景316

20.1 压力容器设计方法进展沿革317

20.2 应力分析设计方法的由来及其总体思想317

20.3 ASMEⅧ-2的改写背景318

20.4 按规则设计和按分析设计的关系320

参考文献321

第21章 应力分类及其评定322

21.1 应力分类的力学基础322

21.1.1 计算应力的方法322

21.1.2 不连续应力分析323

21.2 和应力分类相关的术语326

21.3 应力分类的基本出发点327

21.4 应力分类328

21.4.1 容器组件的应力分类328

21.4.2 接管颈部中应力分类的补充要求330

21.5 当量应力的限制条件及其分析336

21.5.1 当量应力的推导336

21.5.2 当量应力的限制条件337

21.5.3 对一次应力强度限制条件的分析339

21.5.4 安定性分析原理（对二次应力Q的限制）341

21.5.5 疲劳分析原理［对Pm（PL）＋Pb＋Q＋F当量应力范围的限制］342

21.5.6 对热应力棘轮作用的限制原理简述342

21.5.7 对理解应力分类原理时的注意点344

21.6 欧盟标准EN 13445和Ⅷ-2在应力分类及其评定上的联系及区别344

21.7 我国JB 4732钢制压力容器——分析设计标准和ASMEⅧ-2在应力分类及其评定上的联系及区别345

参考文献347

第22章 按应力分析设计348

22.1 防止塑性垮塌350

22.1. 1 弹性应力分析方法351

22.1.2 极限载荷分析方法353

22.1.3 弹－塑性应力分析方法355

22.2 防止局部失效355

22.2.1 弹性分析356

22.2.2 弹－塑性分析356

22.3 防止由失稳引起的垮塌356

22.4 对理解规范对各种失效进行限制时的注意点359

22.5 我国JB 4732钢制压力容器——分析设计标准和ASMEⅧ-2在应力分析设计上的联系和区别359

参考文献359

第23章 交变载荷时的低循环疲劳设计和热应力棘轮评定360

23.1 疲劳分析的筛分361

23.1.1 以可比较设备的经验为基础的筛分准则362

23.1.2 筛分方法A362

23.1.3 筛分方法B363

23.2 基于以光滑试杆试验为基础的（即并非焊接接头的）疲劳设计曲线365

23.2.1 疲劳设计曲线的安全系数366

23.2.2 平均应力对疲劳设计曲线影响的调整366

23.2.3 对温度影响的考虑367

23.2.4 当量总应力幅及其求取367

23.3 焊接接头的疲劳分析和用弹性应力分析方法确定当量结构应力范围369

23.4 应力集中系数、疲劳强度减弱系数和开孔接管的应力指数370

23.5 螺栓的疲劳分析372

23.6 疲劳评定的积累损伤374

23.7 热应力棘轮现象的评定376

参考文献379

第3篇 ASME Ⅷ-3简要分析382

第24章 高压容器的特点及其引起的特殊考虑382

24.1 由于厚壁所引起的考虑382

24.1.1 采用塑性失效准则382

24.1.2 塑性自增强设计383

24.2 由于采用高强度钢的考虑384

24.2.1 关于材料的冲击试验384

24.2.2 引入“未爆先漏（1eak before burst）”的失效准则384

24.3 其他有关问题386

参考文献386

附录 壳体上的局部应力计算387

参考文献402