A3 · 三条设计路线选择

各位学员好，A3 是阶段一入门与法规的收官单元。前面两课我们建立了体系观和失效网，这一课解决一个工程实操问题：路线怎么选。学完这单元你要做到三点：第一，说清公式法、应力分类法、弹塑性分析各自的原理和覆盖的失效模式；第二，能沿着决策树给具体元件选路线，守住蠕变温度线和厚壁边界；第三，记住使用规则，同一失效模式第4部分和第5部分二选一，不重复评定。三个目标，开始。

先看全景。第3部分公式法，走解析解路线，弹性力学给出精确解或近似解，直接给公式给曲线，手算友好。第4部分应力分类方法，先做弹性应力分析，再把应力按危险性分成五类，各类许用极限对应不同失效模式。第5部分弹塑性分析，用数值计算直接评定失效，考虑材料非线性和几何非线性，最精确也最费力。释义第5部分5.1.1条说得很透：防止塑性垮塌就有三种可选方法——弹性应力分析也就是第4部分路线、极限分析、弹塑性分析。三条路线本质上是同一个目标，不同的精度与代价。没有最好，只有最合适。

公式法管典型受压元件：圆筒、锥壳、凸形封头、平盖、法兰、管板、开孔补强，第5到第10章，外加组合载荷评定。它最有价值的制度设计是应力分析免除：正文公式是在应力分析基础上建立的，符合适用范围直接选用，就实质完成了应力分析，不必再按附录A做详细分析；甚至有相同形状载荷条件的经验设计也可列入免除。但要破除一个误解：公式法和规则设计长得很像，却形似而神不似。同样一条圆筒壁厚公式，150.3按弹性失效准则加第一强度理论推导；4732.3按塑性失效准则加第三强度理论，从厚壁圆筒塑性极限压力计算式变化而来。所以公式法不是规则设计，分析设计是一整套设计概念，不是一种计算手段。

应力分类方法的流程：弹性分析算出应力，按危险性分成五类——一次总体薄膜应力Pm、一次局部薄膜应力PL、一次弯曲应力Pb、二次应力Q、峰值应力F，各类许用极限对应不同失效模式，而且必须同时满足。释义里有句警示要背下来：一次应力错归二次应力，会导致不安全的后果；反过来错归一次应力，则过于保守。正确分类是应用这个方法的关键。它的适用边界也来自第1章：容器须处于弹性或局部塑性但总体仍弹性的薄壁板壳结构。覆盖四种失效模式：塑性垮塌、局部过度应变、棘轮、疲劳，另有螺柱和多层容器的补充要求。

第5部分正文就是五种失效模式的目录：第5章塑性垮塌，弹塑性分析导出垮塌载荷，数值表现是微小载荷增量不再收敛；第6章局部过度应变，三轴拉应力下微观点损伤累积，损伤与应力三轴度呈指数关系；第7章屈曲，三种设计方法从线性屈曲到含初始缺陷的垮塌载荷法；第8章疲劳，逐个循环分析法和二倍屈服法，注意设计疲劳曲线是光滑试样的，只适用于非焊接零件或无焊接接头部位；第9章棘轮，至少三个完整循环，判据是弹性核存在或尺寸不再渐增。代价与回报：要建弹塑性本构、考虑几何非线性，精度最高，工作量和数据要求也最高。

现在把选择逻辑装进一棵决策树，三问定路线。第一问：设计温度进蠕变范围了吗？进了，直接改道高温蠕变分析设计的规定，后面三问都不用问。第二问：典型元件、正文公式可用吗？可用，走公式法，免除详细应力分析。第三问：薄壁板壳、总体弹性吗？是，走应力分类法；厚壁R比delta小于等于4，不推荐应力分类，转弹塑性。还有精度需求：大变形、局部塑性、需要精确预测的，直接上弹塑性分析。这个树是教学归纳，依据是各部分第1章的适用条件条款，条款原文以标准为准。

温度这条线，三条路线三条规矩。第1部分1.3条说，适用的设计温度范围按各部分适用的温度范围确定，因为各部分理论基础对材料本构关系的要求不同。第4部分，理论基础不允许材料进入蠕变状态，只适用蠕变温度以下。第3部分，看第2部分材料表B.1到B.8的粗实线：左侧由屈服和抗拉控制，公式均适用；右侧由蠕变极限和持久强度控制，须另行考虑蠕变影响。第5部分有蠕变疲劳评定等高温内容，但一旦进入蠕变范围，整体上要按高温蠕变分析设计的规定开展。这条线在题库里就是一道高频单选题，我们例题二见。

使用规则三条。第一，同一失效模式第4部分第5部分二选一，同一位置不要重复评定。第二，免除不等于免责：公式法正文公式只在它的形状尺寸、材料、载荷规定范围内免除详细分析，超出就要转附录A或第4、第5部分。第三，交变载荷先看安定：压力循环不多或波动不大、满足免除疲劳条款时，公式法设计可保证结构安定。三个陷阱：厚壁结构用应力分类法可能不保守；把公式法当规则设计；以及重复评定白费工时。这三条都是审图时的高频错误。

两道真题。第一道判断题：基于弹塑性理论的分析设计方法涵盖的失效模式评定包括塑性垮塌、局部过度应变、屈曲、疲劳和棘轮共五种。对。第5部分正文第5到9章就是这个目录，泄漏不在其中。第二道单选题：设计温度进入材料蠕变温度范围时，应进行的分析设计工作是？A仅按弹塑性评定五种失效，B只做疲劳分析，C按高温蠕变分析设计的规定开展，D只做屈曲分析。选C。蠕变线一过，长期失效模式进入视野，常规三条路线都不适用，必须改道高温蠕变分析设计。做这类题就记一句话：先问温度，再问结构，后问精度。

A3小结，也是阶段一的总收官。这一阶段你拿到三张图：A1体系图，六部分构成加法规坐标；A2失效网，六大模式三类分法加路线对应；A3决策树，温度、结构、精度三问定路线。三条使用规则再念一遍：二选一、免除不等于免责、交变载荷先看安定。课后完成讲义末尾三道自测题。下一阶段进入阶段二通用要求与材料，十个单元展开4732.1第5章和4732.2：SAD资质许可、用户设计条件UDS、风险评估报告、载荷组合工况、材料选用。带着一个问题来：为什么分析设计容器必须出具风险评估报告？下节课见。