什么是允许应力？

容许应力（σ_allow 或 f 或 S）是设计中允许的最大应力。它等于材料强度除以设计规范（例如 ASME VIII、EN 13445）定义的安全系数。

根据ASME VIII标准，许用应力是如何计算的？

ASME VIII Div.1：室温下，S = min(Rp0.2/1.5, Rm/3.5)。高温下，蠕变特性可能起主导作用。2007版将抗拉强度系数从4降低到3.5。

根据 EN 13445 标准，如何计算允许应力？

EN 13445-3：铁素体钢的 f = min(Rp0.2/1.5, Rm/2.4)。奥氏体钢的 f = max(Rp0.2/1.5, Rp1.0/1.2)，但 ≤ Rm/3。温度相关值来自 EN 10028。

什么时候潜行行为才变得重要？

碳钢在约350°C以上蠕变显著，低合金钢在约400°C以上蠕变显著，奥氏体不锈钢在约450°C以上蠕变显著，高合金钢在约500°C以上蠕变显著。高于这些温度时，随时间变化的断裂应力决定了许用强度。

什么是焊接接头效率？

焊接接头效率（E 或 z）根据无损检测 (NDE) 水平降低允许应力：全射线照相检测时 E=1.0，点射线照相检测时 E=0.85，无体积无损检测时 E=0.7。它考虑了潜在的焊接缺陷。

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材料的容许应力

根据 ASME VIII Div.1 或 EN 13445-3 标准计算设计许用应力。考虑温度相关性能、蠕变断裂验算和焊接接头效率系数。涉及 12 种以上材料等级。

ASME VIIIEN 13445σ_allow蠕变检查焊接系数

材料等级

设计规范

设计温度（摄氏度）

焊接接头效率

负载类型

快速预设

设计允许应力

容许应力 σ_allow × E

—

Rp0.2(T) / 安全系数

—

Rm(20°C) / 安全系数

—

σ_allow（焊接前系数）

—

控制准则

—

蠕变范围检查

—

负载调整后的允许值

—

T 时的材料特性

—

EN 13445-3（铁素体钢）

ASME VIII 第1分部

温度降额

屈服强度和抗拉强度均随温度升高而降低。本计算器采用基于 EN 10028 / ASME II-D 数据的线性化降额曲线：

低于 100°C：各项参数均为室温值。
100–400°C：逐渐降低（屈服强度下降速度比极限抗拉强度下降速度快）
温度高于 400°C 时：性能显著下降；蠕变可能起主导作用。

蠕变区间

当设计温度超过蠕变起始温度时，时变断裂应力起主导作用。典型的蠕变起始温度：

材料类型	蠕变起始温度（°C）	典型最大设计温度
碳钢（S235、S355）	~350	400°C
C-Mn压力（P265GH，P355GH）	~380	450°C
钼钢（16Mo3）	~400	500°C
铬钼钢（13CrMo4-5）	~450	550°C
2¼Cr-1Mo (10CrMo9-10)	~470	600°C
奥氏体不锈钢（304、316L）	~500	700°C

实例

例如——P265GH，250°C，EN 13445

已知： P265GH，Rp(20)=265 MPa，Rm=410 MPa，T=250°C，焊缝 E=1.0

Rp(250°C) ≈ 265 × 0.85 = 225.3 MPa（因温度降低而降额）

f_yield = 225.3 / 1.5 = 150.2兆帕

f_UTS = 410 / 2.4 = 170.8兆帕

f = min(150.2, 170.8) = 150.2兆帕 （屈服强度起控制作用）

当 E=1.0 时：σ_allow = 150.2兆帕

室温下的材料对比

材料	Rp0.2	Rm	f（英文）	S（ASME）
S235JR	235	360	150	103
S355JR	355	510	213	146
P265GH	265	410	171	117
P355GH	355	490	204	140
16Mo3	280	450	187	129
13CrMo4-5	295	460	192	131
10CrMo9-10	275	450	183	129
304不锈钢	210	520	140	138
316L不锈钢	200	500	133	133
2205 双相钢	450	620	258	177

⚠️ 注意： 此计算器提供的是初步设计的近似值。请务必根据您所使用的材料等级、产品形式、厚度和温度，查阅相应的规范表格（ASME II-D、EN 10028、EN 10222）进行核实。

许用应力是设计构件中允许的最大应力。它等于材料强度除以规范规定的安全系数。采用许用应力，可确保构件在正常 (或异常) 载荷下不会失效，并具有足够的安全裕量。

不同规范采用不同的安全系数，因此同一材料的许用应力也会不同。

ASME VIII 采用的 UTS 安全系数为 3.5 (2007 之前为 4.0)，而 EN 13445 采用 2.4。这意味着 ASME 在 UTS 判据上更保守。不过，两者对屈服强度都采用 1.5。

对于由屈服强度控制的高强度材料 (例如 S355、2205)，两种规范给出的结果相近。对于由 UTS 控制的较低强度材料，ASME 明显更保守。

屈服强度和 UTS 都会随温度升高而降低。屈服强度降低得更快。超过蠕变起始温度后，与时间有关的断裂应力可能成为控制判据。

例如：S355 在 400°C 时的 Rp ≈ 297 MPa (RT 时为 355)，因此许用应力从 213 降至 ~173 MPa (EN)。

超过以下温度时，蠕变变得显著：碳钢为 ~350°C，Mo 钢为 ~400°C，CrMo 为 ~450°C，奥氏体 SS 为 ~500°C。高于这些温度时，100,000h 蠕变断裂应力除以其安全系数所得的值，可能低于按屈服强度确定的许用应力。

焊接接头系数 (E 或 z) 用于考虑潜在的焊接缺陷：

E=1.0: 对所有焊缝进行全面射线或超声检测
E=0.85: 局部 (部分) 射线检测
E=0.7: 不进行体积 NDE (仅目视检查)

有效许用应力 = σ_allow × E。采用 E=1.0 需要更多 NDE，但允许使用更薄的壁厚。

本页所述的操作流程由 Vibromera 团队使用 Balanset-1A（一款用于现场转子平衡的便携式双通道动平衡仪及振动分析仪）开发并经过实地测试。