Static strength design of copper cylinder based on reliability

YANG Fan; CHEN Gang; CHEN Fan; LIU Bing; ZHANG Hongwei; LIU Xiaoning

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.017

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Static strength design of copper cylinder based on reliability

·Design·Calculation· | 更新时间：2026-04-15

- Static strength design of copper cylinder based on reliability
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 4, Pages: 148-158(2026)
- 作者机构：
  
  武汉软件工程职业学院机械工程学院，武汉 430205
- 作者简介：
  
  LIU Xiaoning, E-mail: lxngjxy@163.com
- 基金信息：
  
  Wuhan Knowledge Innovation Special Dawn Plan Project(2022010801020439)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.017
  CLC： TQ051.3;TH49
- Received：08 July 2024，
  
  Revised：2024-08-20，
  
  Published：15 April 2026
- 稿件说明：
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杨帆，陈刚，陈帆，等. 基于可靠度的铜制圆筒静强度设计［J］. 机械强度，2026，48（4）：148-158.

YANG Fan，CHEN Gang，CHEN Fan，et al. Static strength design of copper cylinder based on reliability［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：148-158.
杨帆，陈刚，陈帆，等. 基于可靠度的铜制圆筒静强度设计［J］. 机械强度，2026，48（4）：148-158. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.017.

YANG Fan，CHEN Gang，CHEN Fan，et al. Static strength design of copper cylinder based on reliability［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：148-158. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.017.

摘要

目的

针对铜制内压薄壁圆筒静强度设计缺乏系统化可靠度设计方法的问题，建立铜制单层薄壁内压长圆筒静强度可靠性设计方法，量化不同工况下关键设计参数的取值边界。

方法

首先，应用概率论方法，构建静强度与载荷均服从正态分布、强度分布参数为区间值时，圆筒可靠度系数与试验应力限制系数、载荷系数、安全系数的通用关联式，为可靠度量化分析提供计算基础；其次，对标钢制圆筒与球罐可靠度基准，按最低使用要求，确定不同工况下铜制圆筒屈服、爆破强度的允许可靠度系数；然后，基于允许可靠度系数，确定不同工况下试验应力限制系数、屈服与爆破安全系数、载荷系数的取值范围；最后，校验国家标准中相关设计参数的合理性。

结果

研究结果明确了铜制圆筒屈服安全系数可取1.45、爆破安全系数可取2.00，量化了不同工况下试验应力限制系数、载荷系数的取值范围，解析结果与国家标准参数基本一致，丰富了铜制圆筒静强度可靠度设计内容，为铜制承压圆筒结构设计提供参考。

Abstract

Objective

Aiming at the lack of systematic reliability design method for static strength of copper thin-walled cylinders under internal pressure

a reliability design method for static strength of copper single-layer thin-walled long cylinders under internal pressure was established

and the value boundaries of key design parameters under different working conditions were quantified.

Methods

Firstly

a general correlation formula between cylinder reliability coefficient

test stress limit coefficient

load coefficient and safety factor was established by probability theory when both static strength and load obey normal distribution and the static strength distribution parameters are interval values

which provided a calculation basis for quantitative reliability analysis; secondly

benchmarking against the reliability standard of steel cylinders and spherical tanks

the allowable reliability coefficients of yield strength and burst strength of copper cylinders under different working conditions were determined according to the minimum service requirements; then

based on the allowable reliability coefficients

the value ranges of test stress limit coefficient

yield and burst safety factors

and load coefficient under different working conditions were determined; finally

the rationality of relevant design parameters in the national standard was verified.

Results

The recommended yield safety factor and burst safety factor of copper cylinder are 1.45 and 2.00 respectively

and the value ranges of test stress limit coefficient and load coefficient under different working conditions are quantified. The analytical results are basically consistent with the parameters in the national standard

which enriches the content of reliability-based static strength design of copper cylinders and provides a reference for the structural design of copper pressure-bearing cylinders.

关键词

Keywords

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