疲劳分析能基于对比经验设计进行豁免吗（一）？

2025年9月20日，周期六。气温22-26度，秋凉。
关于疲劳分析，初学者的理解方式挺典型的，我曾经听到有同事，认为疲劳就是降低了材质的许用应力（Allowable stress）, 所以要用S-N曲线来确定材质的许用应力（Allowable stress），剩下的计算就回到规则设计中的公式。之所以说这种理解方式很典型，是因为人通常是在已经的思维框架内，去理解不熟悉的新事物，并努力将新事物进行臆测的改造，然后塞进旧有的思考框架内。这其实没有什么，很正常，人的思维惯性都是如此。只要随时保持开放的思维即可，但现实中真就有不少人会对自己的固有认知非常自信，且拒绝接受一个新的思维框架，拒绝范式（paradigm）的更新。

是的，但疲劳分析不是这回事，上述想法完全是臆测。关于具有疲劳工况的设备，我们在平时的讨论中，经常说要不要做疲劳评价，或者疲劳评估，或者要不要做疲劳分析。平时的用辞很混乱，无论说的人，或者听的人都没有太注意这里面的区别。这里我想做个辨析。疲劳评估（fatigue evaluation），疲劳分析（fatigue analysis.）、疲劳评价（fatigue assessment）。应该进行疲劳评估：评估是否要做疲劳分析，有可能豁免。应该进行疲劳分析：要做FEA的分析，出报告。应该进行疲劳评价：做FEA分析的具体过程，称为评价。
我们中文，没有那么讲究，经常混用，但至少在ASME规范中，以上词汇的使用场合是有讲究的。在具体做工程项目时，草拟项目文件时，也要注意措辞。这些文件具有准合同的性质。--------------------------------------------------------------关于疲劳分析的豁免。在现实中，当业主采购存在疲劳工况的设备时，生产厂家在面对业主的疲劳分析要求，经常声称：“我们的这种设备已经使用卖了十几年，卖出去几百台上千台，从没有做做过疲劳分析”。在这种情况下，经常会有工程师提出建议，说可以考虑对比经验设计，即GB 4732中6.5.2章节，及ASME VIII-2 2025中的5.5.2条款。但事情真得那么简单吗？我们看条款的内容：----------------------------------------------------------------GB 4732.4-2024 "压力容器分析设计 第4部分 应力分类方法".6.5.2 基于使用经验的疲劳评定免除准则当所设计的容器与已有成功使用经验的容器有可类比的形状与载荷条件，且根据其经验能证明不需要做疲劳分析时，可免除疲劳评定。但对于下列情况产生的不利影响应另行评定：
a) 非整体结构，如使用补强圈补强或角焊缝连接件；
b) 管螺纹连接接头，且管径超过70 mm；
c) 螺栓连接件；
d) 局部熔透的焊缝；
e) 相邻部件之间有显著的厚度变化；
f) 位于成形封头过渡区的连接件和接管。
--------------------------------------------------------------2025版ASME VIII-2：
5.5.2 EXEMPTION FROM FATIGUE SCREENING AND FATIGUE ANALYSIS 疲劳筛选及疲劳分析的豁免If successful experience over a sufficient time frame is obtained with comparable equipment subject to a similar load history and addressed in the User’s Design Specification [see 2.2.3.1(f)], then a fatigue analysis is not required as part of the vessel or component design. However, the same tolerances on joint alignment, weld peaking, and weld quality level (NDE method and extent — see Tables 5.12 and 5.13) shall be used as on the comparable equipment. When evaluating experience with comparable equipment operating under similar conditions as related to the design and service contemplated, the possible harmful effects of the following design features shall be considered:如果在足够长的时间框架内，承受了相似载荷历程的可比设备，已经取得成功经验，且该经验有在UDS（见2.2.3.1（f））中明确体现，那么，容器或元件的设计可免做疲劳分析。不过，接头错边、焊缝棱角的公差，及焊接质量水平（无损检测的方法及程度--见表格5.12及5.13）应与可比设备上的相同。当评估可比设备，于相似工况（涉及拟议设计及运行工况）下的运行经验时，应评估以下设计特征的可能有害影响：(a) the use of nonintegral construction, such as the use of pad type reinforcements or of fillet welded attachments, as opposed to integral construction使用非一体化的结构，例如补强圈，或者填角焊附件，与一体性结构是相对的。(b) the use of pipe threaded connections, particularly for diameters greater than 70 mm (2.75 in.)使用管螺纹接头，特点是是直径超过70mm(2.75in)。注：管螺纹的直径是指？(c) the use of stud bolted attachments使用螺柱连接的附件注：什么是 stud bolted attachment?(d) the use of partial penetration welds使用局部焊透的焊缝(e) major thickness changes between adjacent members相邻部件有显著厚度变化 。注：什么是major thickness change?(f) attachments and nozzles in the knuckle region of formed heads在成形封头的过渡区有附件或接管注：本条款也从侧面说明，规范不禁止局部焊透的焊接接头。5.5.2.1 Defining the Scope of Surface Examination After Pressure Test. When a component is exempted from a fatigue screening assessment or fatigue analysis based on prior experience, the extent of examination, per Part 7, shall match the inspection of the comparable equipment. The locations and extent of surface examination after pressure test per 7.6.1 shall be specified.定义压力试验后表面检测的范围。当一个组件，基于之前的经验，豁免疲劳筛选评价或疲劳分析，检测的程度，按第7部分，应与可比设备的检验相契合。在压力试验后，应按7.6.1指定表面检测的的位置及程度。----------------------------------------------------------有了以上标准中的那些条款，就能解决我们现实中的问题吗？
假如，我们真有一台设备要基于上述条款，去豁免疲劳分析。默想一下，你会遇到什么问题。至少以下这些问题会出现：1. 卖家嘴上说自家的设备满足基于经验的可比设备，所以无须疲劳分析，可否接受？2. 如果你认为口说无凭，那么，卖家需要哪些文件才能证明自己的声明？3. 现有设备与相似设备（comparable equipment）之间，是否允许存在尺寸差异？比如，当前的设备直径为1500mm，厂家提供的类似设备直径为1000mm，那么是否可当作相似设备（comparable equipment）？4. 现有设备与相似设备（comparable equipment）之间，是否允许存在工况参数的差异？如设计/操作压力，设计/操作温度有差异呢？多大的差异是在可接受的范围？5. 相似设备（comparable equipment）投入使用多久，能够算是有成功的使用经验？这个数据与设计寿命是否应该关联起来？6. 如果相似设备（comparable equipment）在使用过程中发生了维修，就一定不算是有成功的使用经验吗？7. 如果相似设备（comparable equipment）在使用过程中发生了维修，怎么证明这个维修不是由疲劳损伤造成的？8. 是否需要监管机构的许可？监管机构对文件提交有哪些要求？
对于以上疑问，都是合理的，且完全会在实际操作中遇到的。但是，无论是GB 4732还是ASME VIII-2中，都完全没有涉及。这是一个巨大的模糊地带。据我看到的信息，要满足本条款的疲劳豁免，门槛是相当高的。且现实中，执行的经验也并不丰富。如果有读者有这方面的经验，欢迎分享相关信息。
待续.....
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