1、ICS 49.020 CCS V 70 中华人民共和国国家标准GB/T 4054 1-2021 航天金属压力容器结构设计要求Structural design requirements of metal pressure vessels for space system (ISO 14623: 2003, Space systems-Pressure vessels and pressurized structures-Design and operation, MOD) 2021-08-20发布国家市场监督管理总局Lg.-/;-国家标准化管理委员会以叩2022-03-01实施G/T 4054
2、1-2021 目。吕本文件按照GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件使用重新起草法修改采用ISO14623: 2003航天系统压力容器和承压结构设计和操作。本文件与ISO14623: 2003相比在结构有较多调整，附录A中列出了本文件与ISO14623: 2003的章条编号变化对照一览表。本文件与ISO14623: 2003相比存在技术差异，这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位置的垂直单线C )进行了标示，附录B中给出了相应技术差异及其原因的一览表。本文件做了下列编辑性修改:一一修改标准名称为航天金属压力容器结构设计要求。请注意本文件
3、的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会CSAC/TC425)提出并归口。本文件起草单位:北京宇航系统工程研究所、中国航天标准化研究所。本文件主要起草人:马云龙、王端志、吴会强、丛延、林奔、张翼、潘帧、郭彦明、刘观日、卢红立、谢宣、徐岩。I G/T 40541-2021 引自从进入太空时代，危险控制一直是外层空间载人或无人飞行首要的考虑因素，空间活动及其相关技术的快速发展需要不断增加能源的数量。金属贮箱压力容器结构是航天产品的主体结构。贮箱结构是影响航天产品结构设计质量的关键技术，同时也是火箭结构追求结构轻质化的关键基础技术。航
4、天压力容器结构及承压构件的设计和运行有重大意义，有必要对金属压力容器及承压构件的设计制定特别要求，以便为航天事业提供标准和可靠的压力容器结构。当前我国民用航天正处于蓬勃发展期，建立航天金属压力容器结构设计领域国家标准，以此来规范航天金属压力容器结构设计、制造、试验和验收的方法和要求，确保产品质量，对于提高我国民用航天领域金属压力容器结构产品设计制造水平也有较强的推动作用。H G/T 40541-2021 航天金属压力容器结构设计要求1 范围本文件规定了航天金属压力容器结构设计的一般要求和详细要求，包括系统分析要求、结构设计和分析要求、材料要求、工艺控制要求、质量保证要求、操作和维护要求、重新认
5、证要求、使用期限延长要求等。本文件适用于运载器和航天器金属压力容器结构设计。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有修改单)适用于本文件。GB/ T 150.1 压力容器第1部分:通用要求GB/ T 150.2 压力容器第2部分:材料GB/ T 150.3 压力容器第3部分:设计GB/ T 150.4 压力容器第4部分:制造、检验和验收GB/ T 4337 金属材料疲劳试验旋转弯曲方法GB/ T 51218 机械工业工程设计基本术语标准3 术语与定义GB/
6、T 150.1 GB/T 150.4、GB/T4337、GB/T51218界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 承压系统pressurized system 由压力容器及其他压力部件(例如:管路、配件、阀门和波纹管等)组成的系统，其结构大部分处于承受压力的环境中。3.2 非承力结构no-pressurized pressure vessel structure 用于承载内部压力的压力容器结构。注:运载火箭的非轴向力承载贮箱和气瓶是典型的非撑力结构。3.3 承力结构pressurized structure 用于除了承载内部压力，还需要承载运载器或航天器结构载荷的压力容器结构。注:运载火
7、箭的主推进剂贮箱是一种典型的承力结构。3.4 最大使用压力maximum expected operating pressure; MEOP 承压结构在其使用寿命期间经历的最高压差，且能保持其服役环境下的功能性。GB/T 40541-2021 3.5 最大设计压力maximum design pressure; MDP 最大使用压力下，还应包括最高温度和瞬态压力确定的最高压力，在此条件下压力容器不失效。3.6 有害变形detrimental deformation 防止结构或其他系统的任何部分执行其预期功能的结构变形、挠曲、或位移。3.7 设计破裂压力design burst pressure
8、 在服役环境中，压力容器在无断裂的情况下需承受的压力。注:该压力等于最大使用压力和爆破系数之乘积。3.8 安全裕度margin of safety; MS 计算公式如下:MS=(许用载荷/极限载荷安全系数)-1。注:载荷可以是应力或应变。3.9 临界条件critical condition 服役期间，系统、子系统和组件所遭受的载荷、压力和温度等最严峻的环境条件。3.10 极限载荷limit load 在特定环境中执行特定任务时，结构能够承受的预测最高的承载荷载。3. 11 设计安全系数design safety factor 极限载荷和最大使用压力的系数，旨在对结构充分性进行分析评估和试验验证
9、。3.12 泄漏先于爆破leak-before-burst; LBB 一种设计理念，潜在关键缺陷通过加压产品后扩大，导致压力降低而泄漏，而非破裂或者爆裂。3.13 验证压力proof pressure 用于证明工艺和材料质量符合要求或符合设定最大初始裂纹尺寸，用于确定安全寿命的期限。注:该压力等于最大使用压力(或最大设计压力)与验证安全系数的乘积。3.14 载荷谱loading spectrum 结构在各种预期工作环境中预计承受的累积载荷表征。注:包括重要的运输和装卸载荷。3.15 验收试验acceptance tests 在飞行试验的正式产品上实施，以确定材料、制造过程和工艺满足规范要求，且
10、产品符合预期的飞行试验要求的正式试验。3.16 爆破系数burst factor 最大使用压力的倍加系数，以获得设计爆破压力。2 G/T 40541-2021 4 一般要求4.1 概述航天金属压力容器的结构分析、设计和试验的一般要求，包括:a) 系统分析;b) 结构设计和分析;c) 材料;d) 工艺控制;e) 质量保证;f) 操作和维护;g) 重新认证;h) 使用期限延长。4.2 系统分析要求系统分析要求一般包括:a) 详细分析压力容器工作的承压系统，确定最大使用载荷;b) 确定系统外的部件工作参数对系统内最大使用载荷的影响，说明故障模式导致的误差允许范围;c) 评估全寿命周期内系统的压力调节
11、能力，阀门开启压力、冲击载荷，及所有施加载荷和环境等各个工况。4.3 结构设计和分析要求4.3.1 载荷与环境载荷与环境的要求包括:a) 载荷与环境应考虑以下因素:环境引起的载荷和压力、环境与载荷和压力的相互关系、施加载荷、压力的频率和环境的变化(包括载荷、循环次数、持续时间和顺序); b) 应按照指定的任务要求确定全寿命周期的载荷、压力、温度及相关的环境，根据这些数据确定设计载荷和环境要求，并应用于设计分析和测试中;c) 最大设计载荷和最大使用载荷是两个基线压力，用于设计和测试压力容器，设计时，最大使用载荷用于基准压力，如果要求将最大设计载荷用作基准压力，则可以用最大设计载荷代替最大使用载荷
12、;d) 随结构设计的推进和荷载分析的成熟，应修订设计流程。4.3.2 强度4.3.2.1 非承力结构非承力结构应满足以下强度设计要求:a) 在预期的工作环境中，应具有足够的强度在服役期间能够承受最大使用载荷，且同时承受结构的内部压力，而不会发生有害变形;b) 在预期的工作环境中，应承载最大使用载荷和结构的内部压力，而不发生破裂或失稳;c) 在内部加压至最小使用压力时，结构应承受最大的施加载荷和外部压力(失稳压力)，而不会失稳或破裂;3 G/T 40541-2021 d) 在压力测试过程中，应承受试验压力，而不发生有害变形;e) 在合格试验过程中，应承受设计破裂压力，而不发生失稳和破裂;。在设计
13、温度以外的温度下进行压力或合格试验时，确定载荷、压力过程中应说明材料性质随温度的变化;g) 安全裕度应为正，且在适当的情况下，应通过设计、分析和测试确定临界条件下预期温度的安全裕度。4.3.2.2 承力结构承力结构应满足以下强度设计要求:a) 根据载荷、压力的服役周期，应考虑载荷、温度、压力组合来选择承压结构的临界加载情况;b) 对于每个载荷工况，应考虑载荷、压力和温度的最严酷组合，用相应的设计安全系数确定承压结构每个零部件的安全裕度;c) 在内压试验过程中能够承受内压试验压力，而无总体屈服或有害变形;d) 在合格试验过程中能够承受设计破裂压力，而不会发生破裂或失稳;e) 在设计温度以外的温度
14、下进行内压试验时，确定内压试验压力过程中应说明在使用温度下材料属性的变化;f) 在极限载荷下，保证在不确定的失效模式下承压结构不失稳，同时极限载荷不应由于弹性屈曲变形而使任何系统的功能降低;g) 评估屈曲强度应说明所有应力的综合作用，及其对总体稳定性、局部稳定性和断裂的影响;h) 屈曲的设计载荷应为极限载荷，对消除屈曲作用有利的载荷的极限设计安全系数不能随着 载荷增大而增大;i) 失稳的压力应随极限设计系数增大而增大，除非降低结构承载能力，不可增大内压提升结构稳定性;j) 最低安全裕度必须为正，应通过分析或测试验证最低安全裕度。4.3.3 刚度压力容器应满足以下刚度设计要求:a) 在预期的工作
15、环境下，压力容器应具有足够的刚度，保证在服役期间的极限载荷和压力下不产生有害变形;b) 载荷和动态响应与结构直接相关，应保证不发生载荷和动态响应的所有有害影响，且避免与其他航天器系统不利的相互作用;c) 在适用的情况下，应验证结构稳定所需的最小内压，并纳入产品验收数据包。4.3.4 热环境压力容器的设计应考虑以下热环境要求:a) 加热速率;b) 预测的极端温度，并说明设计裕量;c) 温度梯度;d) 热应力和变形;e) 构造材料物理性能与力学性能的变化。4.3.5 应力分析压力容器应满足以下应力分析的要求:4 GB/T 40541-2021 a) 在假设结构中无裂纹缺陷的情况下，应进行每个新设计
16、金属结构产品的详细应力分析和综合应力分析，确定由于压力、地面或飞行载荷、温度及温度梯度等综合影响所产生的应力;b) 如果设计几何形状和加载条件足够简单，且能保证应用，则可以使用经典解决方案;c) 必要时，应说明几何不连续性、模型配置、结构边界设置、材料和几何非线性效应等影响内压和施加载荷引起的膜应力和弯曲应力的计算结果;d) 依据各个载荷和压力组合，使用恰当的设计安全系数，且相应的结果应与材料许用值进行比较;e) 对于支撑压力容器的主要结构，应考虑施加载荷的设计安全系数;f) 计算复杂几何形状和载荷条件下的应力、应变和位移，应使用有限元或其他经过验证的等效结构分析技术;g) 必要时，应构建局部
17、结构模型，以增加快速变化应力区域的计算准确性;h) 应使用可靠的试验数据验证分析方法;i) 计算应力时应使用设计图纸中注明的最小尺寸参数，但如果基于充分的测试和理论基础，在获得客户同意的情况下，可以使用名义材料尺寸进行屈由分析，必要时，应说明公差(包括总体尺寸和厚度)的影响，评估最严酷的状态;j) 材料许用强度应反映温度、热循环、温度梯度、加工变量等的环境影响，应计算与母材、焊缝和热影响区相关的最小安全裕度，并且绘制所有金属结构产品最小安全裕度随着其位置和应力水平变化的表格，安全裕度应为正值，且分别执行4.3.2和4.3.3的强度和刚度要求;k) 强度分析报告应包括输入参数、材料、假设、基本原
18、理、方法、参考文献和有意义的分析数据等，进行保存，并体现在强度分析报告中，为了实现计算程序的通用性，分析结果应随输入参数的变化而更新。4.3.6 LBB失效模式验证4.3.6.1 概述应通过分析或试验验证金属压力容器结构的LBB失效模式，如果类似设计的经验充分，已经验证过类似设计具有LBB失效模式，可以省略LBB验证。4.3.6.2 LBB分析通过分析验证LBB失效模式，采用线弹性断裂力学原理，在最大使用载荷时的初始表面裂纹(表面裂纹形状/2c范围:0.10.日，应符合以下条件:a) 不会因表面裂纹而失效;b) 不会在结构厚度方向增大，成为一个穿透裂纹(长度=10倍贮箱结构产品的厚度)，且保持
19、稳定。4.3.6.3 LBB 式验!压力容器LBB失效模式试验应满足以下要求:a) 应采用试验试样或具有预制表面裂纹的全尺寸产品验证LBB失效模式，其作为试验产品;b) 试验产品的材料(母材、焊缝和热影响区)和厚度应与飞行服役产品保持一致;c) 使用全尺寸产品时，应能代表飞行服役产品;d) 预制表面裂纹的缺陷形状范围应为0.10.5; e) 试验产品的应力(或应变)循环应与最大应力(或应变)条件下的产品一致，最大应力(或应变)条件对应的最大使用载荷水平，且最小应力(或应变)保持为零或实际最小应力(或应变)条件5 G/T 40541-2021 对应的使用载荷水平(两者取更保守的情况)，直到表面裂
20、纹增长或穿过试样厚度方向，成为穿透裂纹;。如果穿透裂缝的长度大于10倍的试样厚度，且保持稳定，则验证LBB失效模式。4.3.7 疲劳寿命压力容器疲劳寿命应满足以下要求。a) 用常规疲劳分析验证无缺陷金属结构产品的疲劳寿命时，应采用疲劳寿命特性的标称值包括结构材料或材料的应力寿命(S-N)数据或应变寿命(s-N)数据，这些数据应取自可靠来源，分析还应说明预期的工作载荷、压力和环境。b) 对于处理变幅疲劳循环加载，可采用累积线性损伤方法(Miner方法)。c) 除另有规定，疲劳分析的使用寿命系数取4。d) 使用Miner方法的累积疲劳损伤限值应为正常限值的80%。数学中，Miner方法表示为式(1
21、) : 三JnJNt0.8( 1 ) 式中:t 应力水平Z所适用循环次数的4倍;Ni一一应力水平i失效的循环次数，且将i=1到走求和。e) 可通过测试无缺陷试样，分析验证压力容器结构产品的疲劳寿命。f) 以无缺陷试样代表临界区域(如膜部分、焊缝、热影响区和壳体过渡区域)或全尺寸产品，能够承受在预期工作环境中测试循环和持续时间的工作载荷和压力，并不会破裂，符合疲劳寿命要求，所需的测试持续时间至少是使用期限或循环次数要求的4倍。g) 应编制疲劳分析和试验报告，疲劳分析报告应记录加载谱、环境、疲劳(S-N)或(s-N)数据和分析结果，还应给出试样配置、试验台、试验加载谱、环境以及试验结果，且与强度分
22、析报告相关联。4.3.8 安全寿命验证4.3.8.1 概述通过分析或试验验证压力容器结构的安全寿命，应满足以下要求:a) 无法定期检查和维修的产品，安全寿命应至少是规定使用寿命的4倍;b) 当发生泄漏时，含有危险液体压力容器结构产品的安全寿命终止;c) 易于定期检查和维修的产品，安全寿命应至少是定期检查间隔的4倍。4.3.8.2 安全寿命分析6 压力容器的安全寿命分析应满足以下要求:a) 如使用断裂力学裂纹扩展分析来确定结构产品的安全寿命时，相对于所施加的应力和材料特性，应假设未检测到的缺陷处于关键位置，且处于最不利的方向上，假定的缺陷尺寸应基于适当无损检测技术的缺陷检测能力或由内压试验来确定
23、。缺陷形状(a/2c:0.10.5)应视为表面裂纹;对于角裂纹，应说明缺陷形状(a/c: O. 2 1. 0) ; b) 在安全寿命分析中应使用与每种合金、热处理、产品形式以及热和化学环境相关的断裂韧性和疲劳裂纹生长率数据标称值;c) 如使用内压试验来确定初始缺陷尺寸，应使用上限断裂韧性值来确定初始缺陷尺寸和断裂处的损伤裂纹尺寸;G/T 40541-2021 d) 经受持续应力的压力容器结构产品应表明在工作过程中持续载荷作用期间相应的最大应力强度因子CKmax)小于服役环境中的应力腐蚀裂纹阔值CK1 SCC) ，即Kmax K 1 scc ; e) 分析中应包括有害拉伸残余应力;f) 应使用经
24、过验证的裂纹扩展方法进行安全寿命分析;对于部分穿透裂纹(表面缺陷或角裂纹), 在分析中应说明缺陷形状的变化;g) 未经客户批准，不应考虑因变幅加载引起的裂纹扩展速率的延迟效应;h) 通过分析验证安全寿命时，应编制分析报告，描述加载谱、环境、假定的初始缺陷尺寸、裂纹扩展模式、疲劳裂纹扩展速率和断裂数据，还应清晰地给出重要结果的摘要，且与应力分析报告密切关联。4.3.8.3 安全寿命测试压力容器的安全寿命测试应满足以下要求:a) 可采用安全寿命测试进行安全寿命验证;b) 对于塑性响应结构，应通过测试验证安全寿命;c) 必要时，安全寿命测试过程中应使用具有预制缺陷的试样或全尺寸产品，这些缺陷不应小于
25、所选无损检测技术或验收液压试验所确定的缺陷尺寸;d) 在预期的工作环境中预制缺陷试样承受极限载荷和压力循环，且不发生泄漏的情况下，视为验证了安全寿命;e) 通过试验验证安全寿命时，应编制测试报告，报告至少记录试样配置、初始裂纹尺寸、测试装置、测试程序、测试压力循环系列和环境、以及重要的测试结果。4.3.9 泄漏压力容器应符合泄漏率要求，即保证在整个服役周期内系统持续工作。4.3.10 其他压力容器的设计应采用经过验证的制造和维修工艺与程序，对于可重复使用的压力容器，结构设计应允许维修和翻新产品达到符合飞行标准的状态，维修和翻新的产品应符合所有飞行标准的规定条件，设计应满足以下需求:a) 使用;
26、b) 检查;c) 保养;d) 维修(包括某些零部件的更换he) 修复。4.4 材料要求4.4.1 材料选择压力容器结构材料应满足以下要求:a) 应符合整个系统方案要求，且基于已证明过的环境相容性、材料强度、断裂性能、疲劳寿命、裂纹扩展和应力腐蚀特征;b) 对于结构产品(其中单个载荷路径的失效会损失结构完整性)，应使用材料的A基准许用值;c) 对于冗余结构组成部件(其中一个组成部件失效，可以安全的重新分配载荷作用于其他组成部件)，可以使用材料的B-基准许用值。7 G/T 40541-2021 d) 在结构效率和抗断裂性的范围内，应尽量选择断裂韧性高的材料;e) 对于采用线弹性断裂力学分析的结构产
27、品，在材料选择过程中应说明断裂韧性、持续加载作用下应力强度的阔值、循环加载下的亚临界裂纹扩展特性等断裂性能;f) 应说明制造和连接工艺的影响，清洁剂、染料(荧光)渗透剂、涂层和耐压测试流体的影响，以及温度、载荷谱和其他环境条件的影响。4.4.2 材料评估压力容器结构材料评估应满足以下要求:a) 应评估选择用于设计材料的加工、制造方法、制造过程、维修过程和工艺以及影响材料在制造和维修配置中产生强度和断裂性能的其他相关因素;b) 应评估确定在实际产品中实现设计和分析所用机械性能、强度和断裂性能，且这些性能与推进剂相溶和预期的工作环境的适应性;c) 当没有适用的数据时，应通过进行持续载荷-断裂测试来
28、评估易于发生应力腐蚀裂纹或氢脆的材料。4.4.3 材料表征压力容器结构材料表征应满足以下要求。a) 材料的许用强度和断裂特性应特征化，使其具有足够的细节特征，以便在预期的工作环境中具有可靠且高可信度结构性能的预测结果，这些特性取自可靠的来源。b) 如果没有材料特性，应通过客户批准的公认标准试验方法确定材料特性。c) 特征应包括母材、焊缝和热影响区含流体含量、载荷谱和预期工作环境(包括耐压测试环境)的函数的如下强度和断裂特性:1) 拉伸屈服强度、极限拉伸强度和伸长率;2) 平面应变断裂韧性CKrc)、有效断裂韧性CKIE)和应力腐蚀裂纹阔值韧性CKrscc);3) 疲劳裂纹扩展率Cda/dN)与
29、应力强度因子范围C.K); 4) 疲劳数据S-NCs-N)曲线。d) 所用的试样应提供预期应用有效的试验数据，进行足够的试验，以提供每个合金材料、热处理、产品形式、热和化学环境以及载荷谱相对应有意义的断裂韧性和缺陷生长率数据的标称值，以评估是否符合4.3.8.2中安全寿命要求。e) 测试方案和测试结果应由客户批准。4.5 工艺控制要求8 工艺控制要求应满足以下要求:a) 应使用经过验证的工艺和工序，以防止材料加工、制造过程和维修过程中发生损伤或材料性能下降;b) 确定熔融、热处理、焊接、成形、连接、加工、钻孔、磨削、修复和补焊操作等使用成熟、先进的技术，且均经过类似的结构试验验证;c) 在过程
30、受控的制造完成后，母材、焊缝和热影响区的机械、物理和断裂性能应在规定的设计范围内;d) 应确保在加工、成型、连接、焊接和热处理过程中材料的尺寸稳定性，且材料硬化特性应与制造工艺兼容;e) 在图纸、工艺规范或其他相应的文件中，应规定断裂控制要求和注意事项;f) 应给出详细的制造说明和控制措施，以确保正确实施断裂控制要求;G/T 40541-2021 g) 在整个制造过程中应采取特殊预防措施，以防止发生加工损坏或其他结构完整性下降。4.6 质量保证要求4.6.1 质量保证方案在总体要求下研究制定产品的质量保证方案，且应满足以下要求:a) 总体要求包括:图纸、材料规格、工艺规范和标准、设计审查记录和
31、失效模式分析等;b) 确保有效实施必要的无损检测和验收测试，验证产品是否符合本文件的要求;c) 确保材料、零件、组件以及所有完成和维修的产品符合相应的图纸和工艺规范，且在材料加工、制造、检验、验收测试、运输、储存、操作使用和维修过程中不会发生损伤或降级现象，同时检测或评估可能导致失效的缺陷。4.6.2 检查方案制造开始之前，应制定完整的检查总体方案，且应满足以下要求:a) 必要时，应规定从材料采购开始，且持续到制造、装配、验收试验、操作和维修整个过程中使用的检验点和检查技术措施;b) 在制定检验点和检查技术措施中，应说明材料特性、制造工艺、设计方案、结构参数和检查缺陷的可检测性;c) 缺陷几何
32、形状应包括通常遇到的缺陷(包括表面裂纹、角裂纹或贯穿裂纹); d) 应针对每个检查阶段和每种检查技术确定验收和拒收标准。4.6.3 检查技术检查技术应满足以下要求:a) 对于所有结构及其缺陷探伤能力，使用检测常见缺陷类型最合适的无损检测技术;b) 所选的无损检测技术应具有确定缺陷大小、几何形状、位置和方向的能力，以获得存在多个缺陷的位置、每个缺陷相对于其他缺陷的位置以及缺陷之间的距离、缺陷类型(从紧密裂纹到球形空隙)的差异;c) 对于仅通过一种方法无法充分检查的零件或组件，应使用两种或更多种无损检测方法;d) 对于每种结构产品选定的缺陷探伤能力的无损检测技术应基于成熟可靠的方法，如果没有足够广
33、泛的经验，那么应通过试验来确定生产或工作检验的能力，且通过客户批准的材料产品形式、厚度和设计参数的试验进行验证;e) 无损检测技术应能够检测允许的初始缺陷大小(对应于95%置信水平下检测概率为90%)，探伤能力用可探测裂纹长度和裂纹深度表示。4.6.4 检查数据在压力容器的整个服役期，应保存缺陷产生的检验数据，定期审查和评估这些数据，以评估与检查程序、结构和人员、材料特性、制造工艺、设计方案和结构参数相关的趋势和异常情况，并根据评估结果提出校正措施。4.6.5 验收耐压试验验收耐压试验应满足以下要求:a) 每件承压产品应进行耐压测试，以验证结构是否具有足够的结构完整性，并承受后续的工作载荷、压
34、力、温度和环境;9 G/T 40541-2021 b) 温度应与临界使用温度一致，找到一个对应方法，如果适当调整试验压力以说明温度对强度和断裂韧性的影响，则可在替代温度下进行测试;c) 耐压测试液体不得对试验人员构成危害，并且应与压力容器中的结构材料相容。如没有相溶性数据，应进行必要的试验，以验证拟采用的液压试验的液体不会使压力容器性能降低;d) 应在验收测试之前制定接收和拒收标准;e) 在验收耐压测试期间，承压结构不得发生泄漏、破裂或有害变形。4.7 操作和维护要求4.7.1 工作程序操作和维护的工作程序应满足:a) 应为每个压力容器产品制定工作程序，这些工序应与作业设施的安全要求和人员控制
35、要求相一致;b) 应写出详细的操作步骤，以便于操作人员执行;c) 必要时，应按照具体情况给出原理示意图(表明安全阀和爆破的位置和压力极限)，且应确保加压系统与压力容器相兼容的程序;d) 在启动或进行包含危险操作加压系统的程序之前，应在非加压系统上进行测试，直到操作程序得到良好的预演，然后在不超过额定工作压力50%的压力水平进行初始测试，直到可以确定工作特性;e) 只有经过培训合格的人员才能在高压系统上工作，在加压前，应在作业设施上张贴带有危险警告标志。4.7.2 安全工作极限对于每个压力容器产品，应基于设计、分析和试验测试确定安全工作极限，应以一种格式汇总这些安全工作极限，该格式能够快速了解重
36、要结构特征和承载能力，所需信息应包括以下数据:a) 结构材料;b) 自界设计条件;c) 最大使用压力;d) 额定工作或者工作压力;e) 液压试验压力;f) 设计破裂压力;g) 加压和减压顺序;h ) 操作循环极限;i) 设计和工作温度;j) 工作系统液体、清洁剂;k) 允许的热和化学环境;1) 允许的泄漏水平与压力值。对于具有潜在脆性断裂失效模式的压力容器产品，应包括临界裂纹尺寸和最大可用缺陷尺寸，还应标注设计图纸、详细分析、检查记录、测试报告和其他备份文档适用的参考文献。4.7.3 检查和维护检查和维护应满足:a) 应使用适当的应力和安全寿命分析结果，与相应的结构研发和合格性试验结果相结合，
37、以确定10 G/T 40541-2021 检验和维修的定量方法;b) 对于每个压力容器，应制定许可损伤极限，以便建立所需的检查问隔和维修进度，保持结构符合本标准的要求;c) 应开发制造和贮存使用的无损检测技术和检查程序，以便可靠地检测缺陷，确定在使用条件下的缺陷尺寸，制定记录、跟踪和分析作业数据的程序，从而积累程序以确定需要采取纠正措施的关键区域;d) 分析应包括预测剩余使用期和重新评估所需的检查间隔。4.7.4 维修和修复当检查表明结构损伤或缺陷超过允许的水平时，应维修、修复或更换损伤的结构;在每次维修和修复之后，应依据适当的经验证验收测试程序，重新认证所有维修或修复的结构产品，以验证其结构
38、完整性，且确定其是否适合继续使用。4.7.5 贮存当贮存压力容器时，应满足以下要求:a) 应采取保护措施，以防止处于可能引起腐蚀或其他形式材料性能衰退的不利环境;b) 应采取保护措施，以防止由于刮擦、凹痕或产品意外掉落所致的机械损伤;c) 应通过使用适当的贮存工装设计，使得由于贮存工装约束引起的应力最小;d) 如果不符合贮存要求，在使用验收之前应重新认证。4.7.6 文件编制压力容器在全服役期内，应保存检查、维护和操作记录，记录至少应包含以下信息:a) 测试和操作的温度、加压过程和加压液体;b) 经历的加压循环次数、以及安全寿命分析或测试中允许的次数;c) 所有的检查结果(包括检查人员、检查日
39、期、采用的检查技术、缺陷的位置和特征、缺陷的起因和原因、在制造过程中进行的检查); d) 贮存条件;e) 从制造到服役使用(包括修复)的维护和校正措施;f) 结构损伤和修复程度的草图和照片;g) 进行的验收和重新认证测试(包括测试条件和结果hh) 影响将来使用能力的维修或修复的分析。4.8 重新认证要求在未知、未受保护或未经监管环境中延期存放后重新使用的压力容器，应重新认证以确定其结构完整性，且评估飞行前是否适合继续使用;压力容器的重新认证测试应符合重新认证测试要求，在重新认证测试之前，应进行专门的腐蚀和附带损伤检查。4.9 使用期延长要求压力容器使用期延长要求应满足:a) 对于LBB非危险压
40、力容器，可通过常规疲劳分析或测试确定允许的使用期限;b) 如果有使用期的实际压力、载荷和环境等足够的经验数据，可无需另外的测试或检查直接延长工作期限;c) 使用分析方法或试验方法的合格性试验的疲劳等效条件，应使用实际的载荷谱和环境数据;11 GB/T 40541-2021 d) 应评估对应过去使用期限的累积损伤;e) 对于脆性或LBB危险压力容器，应通过断裂力学分析确定允许的使用期限。5 详细要求5.1 概述金属压力容器结构设计的具体要求，包括LBB验证、设计安全系数、疲劳寿命验证、安全寿命验证、合格性试验、验收测试、重新认证测试要求和特别规定。5.2 非承力结构5.2.1 通用方法基于失效模
41、式确定的结果，应符合两种验证方法中的一种方法:a) 方法1.在泄漏量并不产生可能导致事故的条件(如:有毒气体排放或不能增加压力的舱室加压)情况下的LBB，5.2.2给出了方法1的验证要求;b) 方法2:脆性断裂失效模式或危险LBB失效模式(如果金属压力容器发生泄漏，其中泄漏将导致危险)，5.2.3给出了方法2的验证要求。5.2.2 具有非危险LBB失效模式5.2.2.1 LBB 金i正含有非危险流体且具有LBB失效模式的金属压力容器视为不存在断裂临界值。依据4.3.6中规定的要求进行的分析或测试，应验证LBB失效模式。5.2.2.2 设计安全系数可以按常规设计符合非危险LBB失效模式标准要求的
42、金属压力容器，其中基于成功的经验选择安全和压力试验中的设计安全系数，需满足以下要求。a) 除非另有规定，最小爆破系数应为1.5。b) 外部(支撑)载荷的安全系数应与压力容器结构分配的安全系数相同。对于无人系统，施加载荷的最小极限安全系数为1.25;对于载人系统，施加载荷的最小极限安全系数为1.4。5.2.2.3 疲劳寿命验证通过4.3.7规定的分析或试验验证非危险LBB失效模式下金属压力容器的疲劳寿命。5.2.2.4 合格性试验5.2.2.4.1 一般要求合格性试验应满足以下要求:a) 对于非承力金属压力容器应进行合格性试验，以验证设计的充分性;b) 试验装置、支撑结构和环境应用方法应与产品一
43、致;c) 合格性试验中的测试参数和测点位置应基于4.3.5的应力分析结果去确定;12 d) 测量数据要充分，以保证能够应用在测试之前制定的接收和拒收标准;e) 载荷、压力和环境的顺序、组合、水平和持续时间应验证符合设计要求，合格性试验应至少包括振动、压力和泄漏测试。G/T 40541-2021 5.2.2.4.2 振动测试应进行振动合格性试验;当其他合格性试验包括振动载荷，且经客户批准时，不需要进行振动试验。5.2.2.4.3 压力测试合格性压力测试见表1，并满足以下要求:a) 考虑施加载荷对应力和失稳作用的影响和综合作用;b) 如测试压力下的应力水平达到了极限组合拉应力的情况，则不需要重复施
44、加载荷;c) 需施加载荷，荷载应为实际使用工况的循环极限下的循环次数的4倍，循环极限是最恶劣的设计条件，如:恒定最小内部压力的失稳荷载、或恒定最大使用载荷的最大附加荷载。表1合格性压力测试要求测试项目试验后不发生屈服不破裂a容器(编号:lb)爆破系数最大使用载荷压力:1.5X最大使用载荷容器(编号:2) 循环:2X预期次数;或者爆破系数最大使用载荷压力:l.OX最大使用载荷循环:4X预期次数a除非另有说明，在验证设计爆破压力测试水平不发生破裂之后，将压力增加到实际容器爆破压力。b由客户决定测试。5.2.2.4.4 泄漏测i式在压力循环试验后进行泄漏试验，泄漏测试应满足以下要求:a) 试验程序应
45、由客户批准;b) 在改变制造条件的情况下，应重复进行合格性试验，除非客户另有规定。5.2.2.5 验收测试5.2.2.5.1 一般要求验收测试应满足以下要求:a) 在计划飞行之前，应对每个金属压力容器进行验收试验;b) 在测试之前制定接收和拒收标准;c) 应设计试验工装和支撑结构，以便允许施加所有测试载荷后，不会影响产品的服役。5.2.2.5.2 无损检测在压力测试之前应依据所选的无损检测技术进行全面检查，以确定结构的初始条件;在压力测试之前的无损检测可以代替制造过程的无损检测。5.2.2.5.3 压力测试压力测试要求满足以下要求:a) 金属压力容器应进行压力测试，以验证材料、制造过程和工艺是
46、否符合设计规范要求，以及结构是否适合飞行要求;13 GB/T 40541-2021 b) 压力测试的最长持续时间不得超过实际使用的时间，以避免由于应力腐蚀裂纹引起的潜在裂纹扩展;c) 最低压力承载水平的指导原则见表2。表2最低耐压压力水平的指导原则爆破系数 2.0 二三2.。5.2.2.5.4 泄漏测试在耐压试验之后应进行泄漏测试。5.2.2.6 重新证测试重新认证测试需要满足以下要求:压力承载(1 +爆破系数)/ 2 X (最大使用载荷)1.5X(最大使用载荷)a) 修复的金属压力容器应进行与新制压力容器相同规定的验收测试，以验证其结构完整性，且确定其在计划 飞行之前是否适合继续使用;b)
47、只有能够验证的金属压力容器的维修部件不受测试影响的情况下，才允许进行重新认证;c) 超过规定的贮存环境(温度、湿度、时间等)的金属压力容器还应依据新结构的验收测试要求进行重新认证。5.2.2.7 特别规定用于一次飞行的结构产品，根据5.2.2.4.2，进行每个飞行时序的压力测试C1.5X最大使用载荷)和常规疲劳分析(至少10个设计使用期)可以替代压力测试，且在实施前经客户批准。5.2.3 具有脆性断裂或者危险LBB失效模式5.2.3.1 设计安全系数应基于断裂力学的安全寿命设计方法制定金属压力容器的设计安全系数以及相关的验证安全系数，这些金属压力容器具有脆性断裂或危险LBB失效模式， 需满足以
48、下要求:a) 应考虑母材和焊缝的载荷谱、材料强度、断裂韧性和缺陷增长率、测试方案要求、应力水平以及结构材料与预期工作热和化学环境的相容性;b) 在确定设计安全系数及验证安全系数过程中，与使用期系数(给定的使用期限)一起，使对应于每种合金材料、热处理和产品形式的断裂韧性和缺陷扩展速率数据的标称值，最小破裂系数应为1.5，除非另有规定;c) 外部(支撑)载荷的安全系数应与总体结构所分配的安全系数相同，对于无人系统，施加载荷的最小极限安全系数为1.25;对于载人系统，施加载荷的最小极限安全系数为1.4。5.2.3.2 安全寿命验证按照4.3.8通过分析和测试进行安全寿命验证。5.2.3.3 合格性试
49、验具有脆性断裂或危险LBB失效模式金属压力容器的合格性试验要求应依据5.2.2.4具有非危险14 LBB失效模式的金属压力容器的合格性试验要求。5.2.3.4 验收测试要求GB/T 40541-2021 具有脆性断裂或危险LBB失效模式金属压力容器的验收测试要求与5.2.2.5相同，测试载荷可依据断裂力学分析确定;在焊缝压力测试前进行无损检测;为充分验证初始缺陷尺寸，可进行低温验收测试;压力容器在验收测试压力下不得发生破裂或泄漏。5.2.3.5 重新认证测试要求应符合5.2.2.6的要求。5.2.3.6 特别规定除非进行断裂力学安全寿命分析，应符合5.2.2.7的要求，缺陷尺寸和形状应基于压力
50、测试或无损检测方法。5.3 承力结构5.3.1 通用方法对于金属承力结构(如:运载火箭的铝合金贮箱箱体)，在使用工况下，设计方法可以基于成功的经验，应符合本文件的要求。5.3.2 无危险LBB失效模式5.3.2.1 概述依据4.3.6验证LBB失效模式。5.3.2.2 安全系数要求设计符合LBB失效模式的承力结构，对于无人系统，施加载荷的最小极限安全系数为1.25;对于载人系统，施加载荷的最小极限安全系数为1.4，除非另有规定。5.3.2.3 疲劳寿命验证符合4.3.7中给出的疲劳寿命要求。5.3.2.4 合格性试验5.3.2.4.1 一般要求合格性试验应满足以下要求:a) 对于飞行产品应进行
