基于模糊理论的压力容器安全评定研究

　　压力容器的使用范围越来越广泛，它的安全问题特别值得重视。要预防压力容器事故的发生，就要研究压力容器的各种破坏机理以及防止产生破坏的措施和方法，需摸索压力容器的安全运行规律，并通过生产实践与科学试验来完成。本文引进一个新的理论：模糊理论，即将模糊数学的模糊综合评判的方法应用于压力容器的安全评定中。本文在确定模糊语言变量隶属度函数，提出各因素对失效贡献大小的对应定量关系以及应用层次分析法确定权重等问题上进行分析，建立合理压力容器安全评定模型。

　　1 模糊综合评判法简介

　　模糊数学揭示的是客观事物之间差异的中介过渡性引起的划分上的一种不确定性。它定义的具有描述事物渐变过渡能力的隶属度函数，模糊综合评判法作为模糊数学领域中的一个重要数学方法也正为人们所广泛认识和利用。在需要对复杂事物和系统作出综合评判时，模糊综合评判法无疑起到了古典综合评判法所不能比拟的效果。本研究就是以该方法作为基本的数学模型用以处理压力容器的安全评定及检验评级等问题。综合评判，是指对多因素所影响的事物或现象进行的评价，若这种评价过程涉及模糊因素，便是模糊综合评价，又称模糊综合评判。模糊综合评判主要分为两步:第一步先按每个因素单独评判；第二步再按所有因素综合评判。对于评判指标处理方法[3]，一般有最大隶属度法，加权平均法，模糊分布法三种。隶属函数的确定一般有如下几种方法:模糊统计法；模糊分布法；Delphi法；成熟指标法；相对选择法等。无论用何种方法确定出的隶属度函数都应通过实践检验，利用信息反馈，不断进行调整，使隶属函数的形成成为一种学习的过程，以求达到相对稳定的状态。

　　2 模糊综合评判在压力容器安全评定应用分析

　　在用压力容器经过检验，发现了某些缺陷，要对这些缺陷作出既安全，又经济合理的处理是不容易的。本文考虑把模糊理论引入到在用压力容器的安全状况定级中，以在压力容器安全评定中所提出的评定思路作为基础，将其扩展到在役压力容器安全状况评级方面，提出了一套在役压力容器安全状况等级模糊评定法。根据在用压力容器的实际情况，全面分析了规定中有关安全状况等级评定的规定，制定出在用压力容器安全状况等级模糊评定法的因素。U1:材质问题，包含影响子因素为，U11用材与原设计符合程度，U12材质明确程度，U13材质劣化程度u2：结构问题，包含子因素为，U21封头型式，U22筒体与封头连接方式，U23开孔与补强，U24焊缝布置，U25支座选择布置，U26排污口。U3：缺陷问题，包含子因素为，U31裂纹，U32腐蚀，U33其他表面缺陷，U34鼓包变形。本文对压力容器安全评估的方法步骤是:①建立影响压力容器安全性的因素集；②建立本评判方法的评价集；③确定各因素对容器失效贡献的大小的对应定量关系，得到因素与贡献大小的对应关系库；④依据实际情况，并参考专家意见，应用层次分析法定出各个影响因素的权重，确定出权重集；⑤进行模糊综合评定。在本评级方法的研究中，评价集仍然分为五级，并采用模糊语言变量的隶属函数。但对于在用压力容器安全状况评级问题，有可能它的某些因素(缺陷)是不存在的或是合格的，这样的因素对评级不产生影响。因此，对于这样的因素认为它对评级的影响是无，也就是说如果得到某因素对评级影响的对应定量关系是无，那么可以认为该因素对各评价指标的隶属度均为零。由于隶属度概念比较抽象，而且灵活性比较大，如果让专家直接确定，他们既难以理解这一抽象的概念又很难给出确定的数字，从而难以得到评判矩阵。考虑避开隶属度这样的模糊概念，引入各因素对失效贡，确定各因素对失效的贡献大小在评定过程中，评定人员可以根据所提供的因素对失效贡献大小的对应定量关系，确定各因素的贡献大小，再根据给出的对应关系得到模糊综合评判矩阵R，从而解决了对于压力容器模糊评定过程中，各因素对评价集的隶属度难以确定的问题。确定各本方法中的权重确定问题也采用层次分析法进行处理，即让各位专家根据上述危害程度定量关系表中给出的判断矩阵标度，对各因素进行两两比较。综合分析他们的意见，得出各判断矩阵，进而求出各因素的权重。对于在用的压力容器，根据对其检验的结果，得到各因素对容器危害程度的大小的对应定量关系，并从表中选出与之对应的隶属函数，然后按照压力容器模糊综合安全评定法的思路，先进行一级模糊综合评判，再进行二级模糊综合评判。对于评价的结果B，按照最大隶属度原则处理得到要评容器的等级。为了证明本文所提出的在用压力容器安全状况等级模糊评定法的可行性和准确性。我们选取了已经通过检验并进行了评级的几个压力容器，根据其检验报告所给出的资料，运用本方法进行验证。由于评级中的计算过程与安全评定相似，因此这里对实例的评级只给出结果矩阵和评级出的等级。对于某机车车辆厂的储风罐II，其主要缺陷为用材与原设计不符合，所用材质不符合使用要求:分散性腐蚀中晶间腐蚀程度为轻微；材质劣化严重；焊缝错边量和棱角度程度为严重超标，但无较严重缺陷，通过上述方法得到评定结果矩阵为：B=(0，0.0398，0.1277，0.2139，0.2505)。根据最大隶属度原则，该容器的安全等级为5级，这与锅检所检验报告的评级结果一致。

　　3 结语

　　压力容器的两个根本问题是安全性与经济性。随着社会的进步，经济的发展，对各种压力容器的设计制造，在役安全检查都提出了更高的要求。按断裂力学方法进行工程结构的缺陷评定也日趋广泛。为了提高评定的可靠性，一些新的方法技术正在研究和已在评定过程中应用。随着模糊数学的兴起和不断完善，人们越来越认识到工程实际中存在着大量的不确定因素，并开始尝试运用模糊理论处理工程实际问题，开展模糊理论在结构安全性评定中的应用研究。本文结合以往模糊数学在压力容器安全评定中的应用研究，针对因素集、隶属度函数的确定、评判矩阵形成以及权重确定等方面的问题作了一定的研究工作，形成了一套较为完备的模糊安全评定方法和评定体系。并将这一模糊评定思路引入到在用压力容器安全状况定级中。