许用应力与安全系数优化方案

从上述可知,表示金属材料的强度指标有屈服极限、拉伸极限、蠕变极限等,当外载荷产生的应力超过这些极限时,金属材料就会失效。在工程上为了保证金属材料的使用安全性,一般应考虑有一定的安全余量,称为材料的安全系数。工程上规定将金属材料的强度指标除以安全系数后得到的值,称为材料的许用应力,用[σ]表示。由于不同温度下金属材料的强度指标各不相同,因此得到的许用应力也各不相同。

合理地确定金属材料的安全系数在工程设计中十分重要,如果采用的安全系数过低,就会使得工程设计偏于不安全;而采用的安全系数过高,则会浪费材料,增加工程费用。安全系数的确定与材料的性能、加工、制造、检验以及设计方法的精确性、数据的误差等均有很大的关系。

(1)《工业金属管道设计规范》GB50316—2000中关于许用应力的确定

《工业金属管道设计规范》GB50316—2000规定许用应力按表5-1确定。

表5-1　GB50316—2000中对许用应力的确定

①材料标准抗拉强度下限值,MPa。
②材料在设计温度下经105h断裂的持久强度的平均值,MPa。
③材料在设计温度下经105h蠕变率为1%的蠕变极限,MPa。
④材料标准常温屈服点(或材料在产生0.2%的塑性变形时的强度),MPa。
⑤材料在设计温度下的屈服点(或材料在产生0.2%的塑性变形时的强度),MPa。
注:对于奥氏体高合金钢管道组件,当设计温度低于蠕变温度范围,且允许有微量的永久变形时,可适当提高许用应力至σts(σt0.2)的0.9倍,但不应超过σs(σ0.2)的0.667倍。此规定不适用于法兰或其他有微量永久变形会产生泄漏或故障的场合。(www.xing528.com)

(2)《压力管道规范—工业管道》GB/T20801—2006中关于许用应力的规定

在GB/T20801—2006中,规定许用应力应按表5-2确定。

表5-2　GB/T20801—2006中对许用应力的确定

注:①A级碳素结构钢的许用应力取表中最小值再乘以0.92。
②对于法兰或其他有微量永久变形就引起泄漏或故障的场合不能采用。