ASME规格 (ASME Code) — CAE用语解说

简单说就是"安全设计锅炉和压力容器的规则手册"。称为ASME BPVC，分为全部13个Section。CAE工程师最常用的是Section VIII（压力容器）和Section III（核电机器）。

Division 1是"Design by Rule"，即基于规则公式的设计方法。比如内压作用下的圆筒胴体最小厚度用 $t = \dfrac{PR}{SE - 0.6P}$ 求出。而Division 2是"Design by Analysis"，利用FEA详细评估应力。Division 2的许可应力较高，但分析工作量更大。

很好的问题。Division 1的公式都是保守设计，结果厚度往往过大。比如化工厂大型反应器，即使只减少5mm厚度，也能节省数千万日元的材料成本。Division 2利用FEA能详细评估应力，消除无谓的过度设计。不过，必须正确执行应力线性化等评估步骤。

FEA解析压力容器时，沿厚度方向会得到非线性应力分布。在应力线性化中，在要评估的断面引入Stress Classification Line（SCL），通过积分分离应力分布。其中均匀成分（常数项）是膜应力 $\sigma_m$，线性成分是弯曲应力 $\sigma_b$，余下部分是峰值应力 $\sigma_F$。用公式表示：

实务中这确实是最容易困惑的地方。基本规则是在"应力最可能最大的位置"且"沿厚度方向垂直"引SCL。典型位置包括喷嘴与筒体的交点、法兰根部、镜板与筒体的接合部等。但要避开奇异点（无圆角的尖角等），SCL要相对于中性面垂直，否则膜应力和弯曲应力的分离会有问题。Ansys中用Path操作，Abaqus中用free body cut可以做应力线性化。

ASME Section VIII的应力分类是根据破坏模式分别设置许可值的机制。整理如下：

很敏锐的指摘。二次应力具有"自限性"。比如热应力，材料少量塑性变形后应力会重新分配，不会再增大。$P_L + P_b + Q \leq 3S_m$ 称为Shake-down条件，保证循环荷载后返回弹性状态（=不发生交变塑性变形）。但超过 $3S_m$ 会引发反复塑性变形积累，即棘轮现象，最终导致破坏。

现场常见的错误有几个。首先，SCL位置和方向不当。特别是在奇异点（无圆角的角部等）引SCL，应力会发散至无穷大，没有意义。其次，混淆应力的种类。FEA通常输出von Mises应力，但ASME评估用的是应力强度（Stress Intensity = Tresca相当）。$S_I = \sigma_1 - \sigma_3$，所以值会不同，要注意。还有，漏掉荷载组合。不仅要看内压，还要将自重、热应力、地震、风荷等的组合分别按Design和Operating工况评估。

日本采用JIS B 8265（压力容器结构一般事项）和JIS B 8266（压力容器设计）等对应规格，内容上很多源自ASME Section VIII Division 1。主要差异在许可应力值的取法上，ASME采用抗张强度的1/3.5，JIS有时用1/4。近来Fitness-for-Service（供用适性评估）领域API 579-1/ASME FFS-1也变得重要，用于老化机器的余寿命评估时要参照这个。