ASME跟EN13445分析解析区别.docx
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ASME跟EN13445分析解析区别
自从1914年ASME锅炉压力容器规范第一版问世以来，经过九十年的实践和不断修订，到本世纪初，欧盟颁布与压力设备指令（PED）配套EN13445压力容器标准，犹如一声春雷，打破了世界压力容器规范的格局，形成两大权威规范并存的局面。
实际上，这是压力容器发展史上空前未有的一次大碰撞，它发出灿烂耀眼的火花。
碰撞是在压力容器的设计、材料、制造和检验多方面进行的，而主要是在设计方面，特别是在分析设计方面。
欧洲标准在披露ASME规范执行过程中遇到的棘手问题的同时，提出了他们的解决方案，在设计概念上出现了许多创新，ASME也发现其规范存在的若干不足，拨款立项，广泛征求使现行规范趋于现代化的建议。
这次大碰撞蕴育着今后压力容器设计概念的大的改革，我们必须拭目以待。
台湾著名企业家温世仁今年在北京召开的京台科技论坛上说：
“从今年开始，我们要把这个论坛定位在制订两岸共同标准上，这个世界，最早的时候是生产力的竞争，后来是技术力的竞争，再过来就是所谓智慧财产权（即知识产权）的竞争。
再下来就是所谓标准之战。
未来的世界主要是标准之战。
”我国是压力容器生产大国，已能制造千吨级加氢反应器和一些核容器，已有一些压力容器出口欧美，但还不是压力容器生产强国，一些技术含量较高的压力设备还要进口。
我国压力容器标准在世界所占分额极小，我们必须在当今世界标准之战中占有一席之地。
实际上，支持标准的是包括专利在内的大量知识产权，没有知识产权的支撑，标准将苍白无力；而使标准真正起到作用，则是后续产业的强力支撑，没有后者，将无法证明标准是成功的。
据报导，截止2002年底，我国出口企业因技术壁垒引发的摩擦金额高达400多亿美元，占出口总额的30%，损失金额高达170亿美元（今年9月北京科博会2003年标准与专利北京国际论坛国家标委会有关人士透露）。
为了弄清国际贸易中的游戏规则，使我处于主动地位，我们必须认真研究当今世界压力容器标准之战中欧美两大标准体系的情况和他们对我们的影响。
本文是在收集近年来国外所发表的有关压力容器欧洲标准和ASME标准的一些文献编写的，目的在于向国人介绍处于当今世界科技进步日新月异、风云突变的环境下，压力容器这一领域正在发生的哪些变化。
文中既要谈欧洲标准，也要谈ASME标准，两种标准都是国际性的。
欧洲标准是在BS5500、AD、CODAP和ASME规范丰硕成果的基础上发展起来的。
从欧洲压力设备指令（PED）的角度考虑，只要能满足压力设备指令中对设计、材料和制造的基本安全要求，则二种规范都是允许的，是可以选择的。
因此，这二种标准有竞争性的一面，也有互补性的一面。
本文拟分为八个部分：
一.EN13445的概况；二.ASME分析设计规则–应力分析路线；三.ASME分析设计方法和有限元的应用；四.ASME弹性分析路线中的问题；五.ASME非弹性分析中的问题；六.EN13445分析设计中的新概念；七.EN13445分析设计程序；八.EN13445分析设计举例。
其中一、二、三、四部分为上篇；五、六、七、八部分为下篇。
鉴于欧洲标准所用名词术语与ASME规范多有不同，除新概念名词，如“分安全系数”（partialsafetyfactor，亦可译为偏安全系数）概念，以及“作用”代替“载荷”（loading）的概念为欧洲标准所独创外，两种标准的同义词在叫法上也不尽相同，例如ASME规范的acceptability与欧洲标准的admissibility；ASME规范的progressivedistortion与欧洲标准的progressivedeformation（两者的缩写都是PD）；而欧洲标准自身也有不同叫法的同义词，例如：
stresscategorization与stressclassification；globalplasticdeformation与grossplasticdeformation（二者的缩写都是GPD）等，故本文对文中第一次出现的名词，凡国内已有译名的尽量遵照国内习惯译名，国内过去没有的译名，由作者根据定义自立译名，对这两种情况都列出原文，以便查考。
本文以问答形式介绍二种标准，所有观点都不是作者个人的，而是取材于各种文献。
目的在于如实反映国际压力容器权威人士的观点。
作者本此目的，反复多次易稿，自惟才疏学浅，水平有限，文中错误之处在所难免，诚望业内权威、专家和读者们不吝指教，给予雅正！
一、EN13445概况
问：
欧盟这部压力容器标准是什么时候颁布的？
答：
这部标准其编号是EN13445：
2002，其英文版是2003年2月5日颁布的。
问：
这部标准与欧盟压力设备指令PED的关系是什么？
答：
EN13445:
2002是强制性法规压力设备指令（PED,93/27EC,1999-11-29生效;2002-05-30强制执行）的配套技术标准,也叫做欧洲标准（ENSTANDARD），也叫做协调标准或谐调标准（HARMONIZEDSTANDARD）。
问：
根据PED的规定，欧盟的各个成员国必须把PED转化为本国的法规。
请问，对于这一技术标准是否也要转化为本国的技术标准呢？
答：
是的。
根据PED的要求（见PEDARTICLE20）欧盟成员国应在1999年5月29日前将PED转化为按照本国立法程序立法的法律（LAW）、监察规程（REGULATION）或行政管理规定（ADMINISTRATIVEPROVISIONS）；各成员国应当与PED同步，在1999-11-29将这些法律、规程和行政管理规定付诸实施。
例如:
英国将PED转化后,叫做《1999压力设备监察规程》（THEPRESSUREEQUIPMENTREGULATION1999）。
（转化的过程并非全盘照抄，而是在保持与PED一致的前提下，删掉PED中对成员国政府部门自身职责和成员国相互法律接口的部分，在编辑上进行了调整，并增加了英国自己的要求，例如：
对违法的处罚条款等，把PED原有的27章7个附录减缩到7章6个附录。
）同样，EN13445虽然是以英、法、德三种语言发表，而以英语为母语，各成员国也应将EN13445:
2002转化为本国语言的技术标准,例如:
英国转化后叫做欧洲标准BSEN13445；德国转化后叫做欧洲标准DINEN13445。
问：
这里所介绍的EN13445是否也是根据转化的标准呢？
答：
这里所介绍的EN13445，其取材来源主要以BSEN13445和DINEN13445为主，还有介绍这些标准的有关文献。
问：
能不能先介绍一下EN13445的特点和对我国的影响？
答：
首先，EN13445的出现，使欧盟十五个成员国有一个统一的压力容器标准，对我国出口欧洲的压力容器产品方便了许多。
其次，欧盟EN13445的出现使世界上压力容器标准的流派基本上只有两个，即美国的和欧洲的。
我们把这两个流派的压力容器标准研究透了，可以说，就弄清楚了当今世界上最先进的压力容器标准。
第三，这两大标准在设计方法上有些不同。
例如：
ASME的压力容器标准是第VIII卷，目前有三个分册，代表了三种不同的设计方法，即第一种常规设计，或公式设计（designbyformulas），或规则设计（designbyrules）；第二种分析设计（designbyanalysis）方法；第三种断裂力学设计（designbyfracturemechanics）方法。
在欧盟的压力设备指令PED中虽然对这三种设计方法都允许采用，但在EN13445中，目前只采用了前二种。
而且，在常规设计方法中，DINEN13445采用了“模块化”的概念；在分析设计方法中EN13445采用了“分安全系数”（partialsafetyfactors）的概念以及区别于ASME的“应力分类路线”的“直接路线法分析设计”的概念。
这些设计概念对我们是全新的，下面还要做详细的介绍。
问：
上面你所介绍的一些新的概念，介绍起来可能要花费很多时间。
现在能否先介绍一下EN13445的总的情况呢？
答：
以BSEN13445:
2002为例，它的正文有6篇，叫做“PART”：
第1篇:
总论
第2篇:
材料
第3篇:
设计
第4篇:
制造
第5篇:
检验和试验
第6篇:
球墨铸铁容器
没有被列入正文的还有1篇,题目是:
使用符合性评审程序的指南（GUIDANCEONTHEUSEOFTHECONFORMITYPROCEDURES）,编号PDCR13445-7。
在第3篇下面有2个重要附录：
附录B-直接路线分析设计，这是欧洲的新方法；附录C-应力分析路线设计方法，这是ASME沿用至今的方法。
问：
请介绍一下哪些设备不属于EN13445的管辖范围！
答：
目前有如下7种压力设备不属于PED13445的管辖范围:
移动式压力设备；
失效可能造成放射性释放的核压力设备；
操作温度高于110oC用于产生蒸汽或过热水的压力设备；
铆接容器；
层状铸铁容器,或任何由非BSEN13445-2或BSEN13445-6中指定材料制造的容器；
多层容器,自增强容器和预应力容器；
长输管线和工业管道。
问：
能否介绍一下各篇的主要内容呢？
答：
第1篇（BSEN13445-1）:
总论–本篇为BSEN13445的通用名词及其定义,代号和计量单位,同时给出制订以下各篇的原理和导则。
第2篇（BSEN13445-2）:
材料–本篇对BSEN13445-1：
2002所覆盖的、非受火压力容器及其支承件用金属材料（包括复合材料）规定其要求.目前只限于有足够韧性的钢材。
本篇不适用于蠕变范围.在以后修订中本篇将增加一些别的材料.本篇也对非受火压力容器用金属材料的选择、检验、试验和标志做了规定.对于采用分析设计的容器用，其选材和材料要求本篇不作规定.这方面见BSEN13445-3:
2002的附录B。
第3篇（BSEN13445-3）:
设计–本篇规定被EN13445-1：
2002所覆盖的、按照EN13445-2规则建造的、钢制非受火压力容器的设计要求.附录B、C的内容已见上述。
第4篇（BSEN13445-4）:
制造–本篇规定钢制非受火压力容器及其零件（包括与非
承压件连接的连接件）的制造要求.本篇规定材料的可追溯性要求、制造公差要求、焊接要求、生产试板、成形要求、热处理要求、返修和最终表面处理的要求等。
采用分析设计的容器其制造要求本篇不作规定，需参见BSEN13445-3:
2002的附录B。
第5篇（EN13445-5）:
检验和试验–本篇主要针对非周期性操作的、符合BSEN13445-2要求的钢制单件生产和成批生产的压力容器，规定其检验和试验要求。
这里，所谓非周期性操作的压力容器是指在相同操作压力下循环次数低于500次的容器。
周期性操作的压力容器，其检验和试验要求见BSEN13445-3和其附录G。
采用分析设计的容器其检验和试验要求本篇不作规定，须参见BSEN13445-3:
2002的附录B。
第6篇（BSEN13445-6）:
球墨铸铁压力容器及受压件的设计和制造要求–本篇对于采用球墨铸铁制造的、许用压力不大于50bar的压力容器，规定其设计、材料、制造和试验的要求。
第7篇（PDCREN13445-7）:
采用符合性评审程序的指南——本篇是对责任管理机构（即NOTIFIEDBODY，也译为授权检验机构，相当于ASME的A.I.A.）在根据压力设备指令要求进行符合性评审时、就质量保证和检验活动所作的指南。
内容涉及符合性评审模式（又译为合格性评审模式）、容器的危险性级别（又称为风险级别）和容器的类型。
问：
能否介绍一下EN13445的篇幅有多大，以及它的购买方法？
答：
BSEN13445的全部篇幅大约近乎1000页。
各篇页码各自计算,各篇售价也各自计算,可单独购买;也可成套购买,成套购买优惠20%;如果是英国标准学会（BSI）的预约订户,优惠最多可达50%。
各篇页数和售价如下（1英镑大约=1.6美元=1.6x8=12.8人民币）:
第1篇:
总论13页,52英镑
第2篇:
材料55页,106英镑
第3篇:
设计707页,248英镑
第4篇:
制造56页,106英镑
第5篇:
检验和试验,78页,118英镑
第6篇:
球墨铸铁容器29页,70英镑
以上6篇合计938页,其中第3篇设计707页，占总页数的75.3%。
BSEN13445从1到6篇的价格是700英镑，如再加没有被列入正文的PDCR13445-7,售价为70英镑，共770英镑，但全部购买（不是只买其中的几个篇）可打八折，即770英镑x0.8=616英镑。
折合美元985.6元。
由于EN13445同ASME的VIII-1加VIII-2差不多。
ASMEVIII-1为440美元，VIII-2为425美元，二者共865美元，这样计算的话，ASME标准比欧洲标准便宜100美元。
问：
EN13445的修订是怎样进行的？
答：
EN13445的修订情况是按页在欧洲标准化委员会（CEN）的网页上公布的,例如:
第2篇第21页2002-11第4次修订;第4篇第15页2003-02第5次修订等.ASME规范采取每年定期修订和换页方式,本页修改如滋生出若干页则以附点方式表示滋生的页码,例如:
21,21.1,21.2....等,在EN13445的修订上还未发现类似情况.
在网页上公布的修订情况是以表格发布的，举例如下：
第3篇
页码
版次号
日期
说明
1
1
2002-05
2
1
2002-05
3
1
2002-05
4
4
2002-11
改错
5
4
2002-11
改错
6
1
2002-05
….
…
….
….
85
1
2002-05
86
5
2003-02
改错
….
…..
….
….
97
2
2002-06
改错
98
1
2002-05
99
1
2002-05
100
5
2003-02
改错
101
1
2002-05
102
1
2003-05
…..
…..
….
…..
243
1
244
4
2002-11
改错
….
….
…..
….
707
1
2002-05
问：
下面请介绍一下设计模块化的情况？
答：
设计模块用于压力容器的常规设计。
现在以DINEN13445-3为例，介绍设计模块化的情况。
自从2002-05-30PED强制执行后，EN13445-3和EN1591取代了过去的DIN标准和AD规范。
EN13445-3在设计和计算上与AD规范相比，其特色是把压力容器的设计分解为各种模块。
SUIP模块，即内压壳体模块（SHELLSUNDERINTERNALPRESSURE），亦称EN07模块。
此模块又分为以下可选择的子模块：
圆筒壳体模块（CYLINDRICALSHELL）
球壳模块（SPHERICALSHELL）
浅碟形封头模块（TORISPHERICALTYPE:
KLOPERBODEN）
深碟形封头模块（TORISPHERICALTYPE:
KORBBOGENBODEN）
椭圆形封头模块（ELLIPSOIDALENDS）
锥壳模块（CONICALSHELLS）
无折边锥体大端与圆筒的接点（JUNCTIONBETWEENLARGEENDOFACONEANDCYLINDERWITHOUTKNUCKLE）
带折边锥体大端与圆筒的接点（JUNCTIONBETWEENLARGEENDOFACONEANDCYLINDERWITHKNUCKLE）
锥体小端与圆筒的接点（JUNCTIONBETWEENSMALLENDOFACONEANDCYLINDER）
折边区内的接管（NOZZLESWHICHENCROACHINTOTHEKNUCKLEREGION）
SUEP模块,即外压壳体（SHELLSUNDEREXTERNALPRESSURE）模块，亦称EN08模块。
此模块又分为以下可选择的子模块：
无加强圆筒（UNSTIFFENEDCYLINDRICALSHELLS）
轻型加强件圆筒（CYLINDRICALSHELLSWITHLIGHTSTIFENERS）
重型加强件圆筒（CYLINDRICALSHELLSWITHHEAVYSTIFENERS）
锥壳（CONICALSHELLS）
锥壳-圆筒相交节点（CONE-CYLINDER-INTERSECTIONS）
球壳（SPHERICALSHELLS）
NOIS模块,即接管（含带补强板和不带补强板）和壳体开孔（NOZZLESWITHORWITHOUTREINFORCEMENTPLATEANDOPENINGSINSHELLS）模块,亦称模块EN09
FLEN模块,即平封头（FLATENDS）模块,亦称模块EN10。
此模块又分为以下可选择的子模块：
与圆筒焊接的无孔圆形平封头（UN-PIERCEDCIRCULARFLATENDSWELDEDTOCYLINDRICALSHELLS）
螺栓连接的无孔圆形平封头（UN-PIERCEDBOLTEDCIRCULARFLATENDS）
有孔圆形平封头（PIERCEDCIRCULARFLATENDS）
非圆形或环形平封头（FLATENDSOFNON-CIRCULARORANNULARSHAPE）
SUGL模块,即全载荷壳体（SHELLUNDERGLOBALLOADS）模块,亦称模块EN16.14
以上5种模块包含了最基本的所有模块,即基本模块包。
下面还有3种附加模块。
NOLS模块,即球壳中接管局部载荷（LOCALLOADSONNOZZLESINSPHERICALSHELLS）模块,亦称模块EN16.4。
NOLO模块,即圆筒（柱壳）中接管局部载荷（LOCALLOADSONNOZZLESINCYLINDRICALSHELLS）模块,亦称模块EN16.5。
NOLS和NOLO两种模块构成WRC/WRCK模块包
模块包1591（MODULEPACKAGE1591）
本模块包是从EN1591导出的法兰和法兰连接另一设计规则。
它又含以下6个子模块和一个图:
根据DIN26xx的焊接有颈法兰
根据DIN28034的焊接有颈法兰
根据ASME规范的焊接有颈法兰
根据DIN28838的焊接无毂有颈法兰
活套法兰
根据DINEN1092-1的焊接有颈法兰
所有种类法兰连接的图
在这个新标准中法兰和法兰连接的应力场和紧密性计算比AD规范更加全面。
在协调标准中：
按照EN13445-3的第11章的法兰计算（EFL模块）方法，其依据是TAYLOR-FORGE程序；
根据EN13445-3附录G的法兰计算方法与EN1591完全等同（见模块包1591）。
在采纳标准中：
采纳了AD2000/B7和B8；
采纳了ASMEVIII-1附录2（即AFL模块）。
与ASME或AD规范的法兰计算相比，EN13445-3有若干改进，它具有以下一些特点：
考虑了垫片非线弹性的作用；
考虑了垫片的蠕变因数；
考虑了附加的轴向力和力矩；
考虑了在法兰和螺栓中由于膨胀系数的不同而引起的各种力。
由于本标准拓宽了法兰的计算方法，从而可以确定安装时螺栓许用载荷的范围。
把紧螺栓的方法可以采取带有测力仪器的、或不带有测力仪器的套筒扳手,扭力扳手,或气力扳手.但不同的把紧方法，其螺栓载荷的波动范围也不同.采用本标准计算方法可以指出螺栓载荷的安全波动范围,可以预测在不同载荷条件和不同实际情况下、螺栓连接的紧密度。
以上各种设计模块，除SUEP和SUIP（外压和内压圆筒）必须一同购买外（2240欧元），其他模块都可以单独购买，但如形成一个模块包一起购买，可比每个模块单独购买便宜，例如：
NOLO,NOIS和SUGL单独购买需1590欧元,以模块包购买只需1125欧元,节省30%。
（1欧元大约等于9.2人民币）
二、ASME分析设计规则–应力分类路线
问：
请先介绍一下ASME分析设计的历史背景，使我们对分析设计有一个初步概念？
答：
从历史上看，压力容器的设计主要是公式设计（DesignByFormula，DBF），各种典型的容器形状，其尺寸是采用一系列简单公式和算图来设计的。
但除了公式设计外，很多国家的标准也提供另一种方法，即分析设计（Design-By-Analysis，DBA）的方法。
采用这种方法，设计的合格性要通过考察在各种设计外载荷下的结构行为来进行校核。
压力容器主要规范中的分析设计方法，都源于ASME规范。
这个方法在1964年公布于世，即ASME规范的第III卷。
在卷III问世后不久，卷VIII-2也问世了，二者都采用分析设计的概念。
公式设计的方法提供很明确的规则用于计算容器元件的厚度。
但对于不同元件之间的不连续点则必须采用额外的规则（例如：
3：
1斜度规则）和规定允许采用的细节。
这些规则的唯一欠缺处是不能覆盖设计人打算采用的各种结构细节。
在ASME规范VIII-1里面对设计人给出很多告诫，要设计人考虑热梯度、接管载荷、迅速波动载荷、地震载荷、风载荷等。
不幸的是，规范中对这些情况很少指南或给出计算公式。
而规范中给出的许用应力是根据极为简单的平均薄膜应力给出的；如要搞出一个合理的设计，对于能造成不同类型应力的其他载荷，例如：
热载荷，就不能限于规范中的S值了。
分析设计的规则为设计人或分析人提供了各种应力极限，用于防范各种失效模式。
它把应力进行了分类，分成一次、二次和峰值应力。
每类应力各自有其应力极限。
卷III和卷VIII-2要求设计人能计算容器中各点的应力，而不仅限于计算正规形状元件（例如：
成型封头和筒体）中的应力。
早期的分析方法采用的是不连续分析的方法。
这一方法把容器简化为各种比较简单的形状，例如：
圆筒体、锥体、环形件等。
计算应力的方法是满足载荷平衡的条件下，协调每各截面的位移和旋转。
这个方法非常有用，它是现代规范法兰设计规则的基础。
问题是为了建立方程和进行方程的求解极为费时，同时必须把复杂形状简化为简单形状，这样才能得到分析的解；在不连续分析中也不能把热应力效应包括进去。
问：
什么是壳体不连续接分析法？
答：
壳体不连续接分析主要用于评价轴对称容器在内压作用下壳体中的薄膜应力和弯曲应力。
它是利用的这样的事实：
典型容器是由正规形状的零件，特别是由球形、圆筒、锥形和平盖形零件组成的；而对于压力载荷而言，简单正规形状的零件主要显示的是薄膜应力，不过在接管处要产生局部弯曲应力（和附加薄膜应力），这些应力称做不连续应力。
壳体不连续接分析法采用简单工程力学方法，可以很容易地计算出这些应力对容器的影响。
在靠近接点的地方，对于由于边缘位移和边缘转角产生的边缘力和力矩，而导致的局部弯曲应力和剪应力可获得解析解。
对容器的每一个零件计算出这些边缘参数，然后在接点处组合，根据位移和转角的连续性，
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