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摘要：压力容器在我国目前的基础制造业中扮演着重要角色，随着制造业的快速发展，其设计方法亦随之发生着明显的变化，本文综述式的探讨当前制造业发展中压力容器在设计方法方面的进步，主要着眼于数学模型，复合材料以及数字化应用等方面。
关键字：压力容器 设计 进步
中图分类号：TL351+.6
现代的工业化制造中，压力容器设备被广泛应用在能源化工、航空航天技术等方面。随着国民经济的日益发展，压力容器的设计制造也发生着变革，各种自动化的控制技术以及各种更加优良的材料越来越多的呈现，推动着其进步。
1.数字化的实施
压力容器作为特种设备，其设计和制造的流程必须遵循严格的规范。纵观整个发展进程，从最初的手工制图现已经渐渐演变为通过计算机系统建立模型来辅助设计。在设计的过程中，程序化的建模使得设计过程更加高效直观。制造业单位的数字化实施过程中，最重要的是建立一套完整的PDM数字系统以及基于数控平台的制造车间。实际生产中从提案、设计直到产品数字式模型、仿真测试，以及最终成品，整个流程中各个步骤相互之间渗透衔接。 PDM贯穿所有环节，影响设计以及整个制造过程。压力容器数字化实施的过程中，软件对于数字化生产效率起到决定性作用。数字化实施于压力容器的设计制造过程中有以下关键问题：（1）全面且统一的数字化模型描述方法； （2）行业内共享集成产品相关数据； （3）异系统环境条件下应用功能的共享集成；（4）自动化管理各环节的集成。以上四方面主要要附着于计算机应用技术的革新。现代制造业的发展方向愈加趋向于精密智能，所以压力容器设计过程中的数字化实施技术必将逐渐进步。伴随CAD、CAE相关系统技术的集成完善，虚拟数字技术无疑会为压力容器制造行业创造更加广阔的提升空间，进一步提高产品质量以及制造效率。
2 复合材料应用
2.1 内压式
在各种航空航天以及军工业中往往需求更加轻质又高性能的压力容器，通常采取的方式时是在内衬外层覆盖复合型材料。目前看来美国具有成熟制造相关复合型材料式压力容器的经验，特别是在铝合金/碳纤维式压力容器的制造方面有着绝对的权威。
2.2 外压式
在海洋勘测科研及水下军工装备的发展革新下对于外压容器的材质有了更苛刻的需求。而碳纤维复合材料因其具有优异的物理相关性能且耐腐蚀等特点而常适用于水下的外压容器， 像海鳝鱼雷的极限下潜深度达到100m以上。当下最常用水下壳体材质为铝合金。有数据表明，将碳纤维与铝合金相复合之后整体耐压度增加9%-29% ，提升效果明显。
2.3 设计方式
应用复合式材料的压力容器得制造工程一般通过纤维缠绕的手段实现，所需的强度以及刚度属性由连续性的纤维贡献。另外在气密性以及疲劳性属性方面通常由铝或者热塑塑料等贡献。其设计理念为网络化分析。在网络理论中认为通过连续缠绕制造的容器时其纤维分布更加均匀。
3、优化的数学模型
优化的设计模型通常包含目标函数以及约束性的条件，此为模型下的数学描述形式。数学的正确建模是优化设计的关键所在。
3.1 建模条件
优化压力容器的合适数学模型一般符合两个基本条件：特定条件下准确地、可靠地表明设计目的、制约条件、设计方案、评估结果等方面；其计算过程简单有效化。必须便于有效的处理设计，且全面精确的表示设计方法。
3.2 建模方法
首先，全面透彻的剖析设计问题的本质特征，分析各种设计思路。通过研究合适的数理学的手段来发现和设计方案内在本质息息相关的且对整个设计的结果有着最关键影响的因子，基于此确定构建初步的优化数学式模型；对比初步的数模以及相关提案的设计问题。若无法精准契合，接下来采用逐步逼近的手段修正数学模型；当模型复杂时，可以采取近似化计算，正确评估误差。
3.3 变量以及约束条件
（1）变量。初步确定数模的第一步即确定相关参数的变量和常量。一般理论下，任何的参数均能依设计变量处理，但是不合理的变量设置会增加模型的复杂度。所以对于变量，必须合适优化，缩减其维数。
（2）限制条件。在优化压力容器的设计过程中，每个性能指标，可同时为目标函数和约束条件，两者能够互换。通常确定约束条件时，要考虑更加全方面的要求。只要某个限制条件可以通过设计相关变量表示成约束函数，均能定成约束条件。
4.以科学的态度对待国外的标准规范
在国外的标准规范中的设计方法来看，我们的态度就应该是以学习和研究为本，首先要弄清这其中的具体含义，有哪些因素和公式被简化了，在按照具体的力学原理进行分析，有哪些是合理的那些工程的设计是符合规范的，是允许这些简化成立的，那么这些简化又是在什么情况下成立的，还有那些情况将会带来问题，那么对其中合理的部分就要进行吸收，对于那些不合理的部分要进行适当的摒弃。很多年前，我们对流行的设计应该采取正确的态度和方法，而现在，就应该按早我们自己的方式来进行最大直径的或是中低压的设计方式来进行设计，我们在设计的过程中，曾经获得过很多不理解和不支持，但是也有很多有利的因素，就是在很多工程界的专业人士或是一些知名企业的大力支持下，经过试验的验证证明了我们的设计方案和计算方式是具有稳定性和可靠性的。那么关于管板的计算方法的这些观点也将会在很多年以后逐渐被国际所接受和广泛推广。及时在今天，我们仍然会遇到各种各样的问题，但是，我国在此方面研究出来的计算方法和设计方式，将会被各国的分析设计的各个范围所使用和采纳，这就是可以应用于不同类的应力采用的不同设计准则。
5 结束语：
随着自动化技术以及材料技术的快速发展，压力容器的设计方式有了更加优化的选择，通过对于数字化技术的应用方式，新型复合材料的采用以及建立优化指导式数学模型的等方式方法初步探讨了当下压力容器设计方法的进步，希望能够对于压力容器的发展有一定的参考意义。
参考文献：
[1] 章伟灿.基于复合材料的压力容器研究与发展.装备与制造技术[J].2007，2.
[2] 吴世杰.压力容器优化设计分析.工艺设计改造与检测检修[J].2010，10.
[3] 骆晓玲.崔立宝；张伟. 数字化设计与制造在压力容器中的应用[J]. 机械设计与制造.2008，8.
[4]赵成纲；张永生；张永兴；席浩君；李纲；；基于Ansys的蒸发器联箱结构分析[J]；石油化工设备；2011年S1期
[5]陈连，樊艳；压力容器可靠性优化设计研究[J]；工程设计学报；2005年01期
关键字：压力容器 设计 进步
中图分类号：TL351+.6
现代的工业化制造中，压力容器设备被广泛应用在能源化工、航空航天技术等方面。随着国民经济的日益发展，压力容器的设计制造也发生着变革，各种自动化的控制技术以及各种更加优良的材料越来越多的呈现，推动着其进步。
1.数字化的实施
压力容器作为特种设备，其设计和制造的流程必须遵循严格的规范。纵观整个发展进程，从最初的手工制图现已经渐渐演变为通过计算机系统建立模型来辅助设计。在设计的过程中，程序化的建模使得设计过程更加高效直观。制造业单位的数字化实施过程中，最重要的是建立一套完整的PDM数字系统以及基于数控平台的制造车间。实际生产中从提案、设计直到产品数字式模型、仿真测试，以及最终成品，整个流程中各个步骤相互之间渗透衔接。 PDM贯穿所有环节，影响设计以及整个制造过程。压力容器数字化实施的过程中，软件对于数字化生产效率起到决定性作用。数字化实施于压力容器的设计制造过程中有以下关键问题：（1）全面且统一的数字化模型描述方法； （2）行业内共享集成产品相关数据； （3）异系统环境条件下应用功能的共享集成；（4）自动化管理各环节的集成。以上四方面主要要附着于计算机应用技术的革新。现代制造业的发展方向愈加趋向于精密智能，所以压力容器设计过程中的数字化实施技术必将逐渐进步。伴随CAD、CAE相关系统技术的集成完善，虚拟数字技术无疑会为压力容器制造行业创造更加广阔的提升空间，进一步提高产品质量以及制造效率。
2 复合材料应用
2.1 内压式
在各种航空航天以及军工业中往往需求更加轻质又高性能的压力容器，通常采取的方式时是在内衬外层覆盖复合型材料。目前看来美国具有成熟制造相关复合型材料式压力容器的经验，特别是在铝合金/碳纤维式压力容器的制造方面有着绝对的权威。
2.2 外压式
在海洋勘测科研及水下军工装备的发展革新下对于外压容器的材质有了更苛刻的需求。而碳纤维复合材料因其具有优异的物理相关性能且耐腐蚀等特点而常适用于水下的外压容器， 像海鳝鱼雷的极限下潜深度达到100m以上。当下最常用水下壳体材质为铝合金。有数据表明，将碳纤维与铝合金相复合之后整体耐压度增加9%-29% ，提升效果明显。
2.3 设计方式
应用复合式材料的压力容器得制造工程一般通过纤维缠绕的手段实现，所需的强度以及刚度属性由连续性的纤维贡献。另外在气密性以及疲劳性属性方面通常由铝或者热塑塑料等贡献。其设计理念为网络化分析。在网络理论中认为通过连续缠绕制造的容器时其纤维分布更加均匀。
3、优化的数学模型
优化的设计模型通常包含目标函数以及约束性的条件，此为模型下的数学描述形式。数学的正确建模是优化设计的关键所在。
3.1 建模条件
优化压力容器的合适数学模型一般符合两个基本条件：特定条件下准确地、可靠地表明设计目的、制约条件、设计方案、评估结果等方面；其计算过程简单有效化。必须便于有效的处理设计，且全面精确的表示设计方法。
3.2 建模方法
首先，全面透彻的剖析设计问题的本质特征，分析各种设计思路。通过研究合适的数理学的手段来发现和设计方案内在本质息息相关的且对整个设计的结果有着最关键影响的因子，基于此确定构建初步的优化数学式模型；对比初步的数模以及相关提案的设计问题。若无法精准契合，接下来采用逐步逼近的手段修正数学模型；当模型复杂时，可以采取近似化计算，正确评估误差。
3.3 变量以及约束条件
（1）变量。初步确定数模的第一步即确定相关参数的变量和常量。一般理论下，任何的参数均能依设计变量处理，但是不合理的变量设置会增加模型的复杂度。所以对于变量，必须合适优化，缩减其维数。
（2）限制条件。在优化压力容器的设计过程中，每个性能指标，可同时为目标函数和约束条件，两者能够互换。通常确定约束条件时，要考虑更加全方面的要求。只要某个限制条件可以通过设计相关变量表示成约束函数，均能定成约束条件。
4.以科学的态度对待国外的标准规范
在国外的标准规范中的设计方法来看，我们的态度就应该是以学习和研究为本，首先要弄清这其中的具体含义，有哪些因素和公式被简化了，在按照具体的力学原理进行分析，有哪些是合理的那些工程的设计是符合规范的，是允许这些简化成立的，那么这些简化又是在什么情况下成立的，还有那些情况将会带来问题，那么对其中合理的部分就要进行吸收，对于那些不合理的部分要进行适当的摒弃。很多年前，我们对流行的设计应该采取正确的态度和方法，而现在，就应该按早我们自己的方式来进行最大直径的或是中低压的设计方式来进行设计，我们在设计的过程中，曾经获得过很多不理解和不支持，但是也有很多有利的因素，就是在很多工程界的专业人士或是一些知名企业的大力支持下，经过试验的验证证明了我们的设计方案和计算方式是具有稳定性和可靠性的。那么关于管板的计算方法的这些观点也将会在很多年以后逐渐被国际所接受和广泛推广。及时在今天，我们仍然会遇到各种各样的问题，但是，我国在此方面研究出来的计算方法和设计方式，将会被各国的分析设计的各个范围所使用和采纳，这就是可以应用于不同类的应力采用的不同设计准则。
5 结束语：
随着自动化技术以及材料技术的快速发展，压力容器的设计方式有了更加优化的选择，通过对于数字化技术的应用方式，新型复合材料的采用以及建立优化指导式数学模型的等方式方法初步探讨了当下压力容器设计方法的进步，希望能够对于压力容器的发展有一定的参考意义。
参考文献：
[1] 章伟灿.基于复合材料的压力容器研究与发展.装备与制造技术[J].2007，2.
[2] 吴世杰.压力容器优化设计分析.工艺设计改造与检测检修[J].2010，10.
[3] 骆晓玲.崔立宝；张伟. 数字化设计与制造在压力容器中的应用[J]. 机械设计与制造.2008，8.
[4]赵成纲；张永生；张永兴；席浩君；李纲；；基于Ansys的蒸发器联箱结构分析[J]；石油化工设备；2011年S1期
[5]陈连，樊艳；压力容器可靠性优化设计研究[J]；工程设计学报；2005年01期