分析設(shè)計(jì)講稿(Ljg05826)(1)

1、1兩大類容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)*常規(guī)設(shè)計(jì)(Design by rule) ASME -1,GB15098*分析設(shè)計(jì)(Design by analysis) ASME -2, JB473295分析設(shè)計(jì)原理 常規(guī)設(shè)計(jì)是以彈性準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，以殼體的薄膜理論或材料力學(xué)方法導(dǎo)出容器及其部件的的設(shè)計(jì)計(jì)算公式（主要為薄膜應(yīng)力），這些公式以顯式表達(dá)，給出了壓力、許用應(yīng)力、容器主要尺寸之間的關(guān)系，如“中徑公式”。它包含了設(shè)計(jì)三要素：設(shè)計(jì)方法（簡單公式），設(shè)計(jì)載荷（如：內(nèi)壓、溫度等）及許用應(yīng)力。但這些并不是建立在對(duì)其容器及其部件進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析基礎(chǔ)之上。 對(duì)不連續(xù)處產(chǎn)生的局部高應(yīng)力，常規(guī)設(shè)計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)此只根據(jù)經(jīng)驗(yàn)做出規(guī)定（

2、如碟形封頭轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑、直邊段等），在結(jié)構(gòu)、選材、制造、檢驗(yàn)等方面提出要求。把局部高應(yīng)力粗略地控制在一個(gè)安全水平上。 常規(guī)設(shè)計(jì)也沒有考慮壓力容器存在的多種失效模式。2常規(guī)設(shè)計(jì)不足之處示例*只考慮一種失效模式,對(duì)容器實(shí)際存在的多種失效情況不能做出合理的解釋（如疲勞破壞、塔安定性的喪失等）；*從有限元計(jì)算結(jié)果看，對(duì)應(yīng)力集中區(qū)域難以做出恰當(dāng)?shù)奶幚恚?對(duì)具有熱應(yīng)力的容器或撓性部件無法進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)；*對(duì)大量疲勞失效的容器未做考慮（約有過半數(shù)的容器失效屬 此類），未能對(duì)容器疲勞失效做出合理的評(píng)定與預(yù)測。*對(duì)容器中不同性質(zhì)的應(yīng)力（薄膜與彎曲、一次與二次等）不加區(qū)分,采用同一的許用應(yīng)力， 未能充分發(fā)揮材料的承

3、載潛力。設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的工作條件1）載荷:壓力，容器及其部件、物料的重力，風(fēng)、雪載荷、地震載荷等，以及它們的作用方式（靜載荷、交變載荷）；2）溫度：指容器的壁溫（不是環(huán)境溫度）及其作用方式（均勻的，非均勻的，定常的或非定常的）；3）介質(zhì)對(duì)容器材料的影響（腐蝕及中子輻射引起的脆化等）。3 壓力容器可能存在的失效模式失效:按某種準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力超過了該準(zhǔn)則的限制條件。但不一定破壞，是在載荷作用下喪失了正常工作能力，表現(xiàn)為過度變形、泄漏或斷裂。（“失效”實(shí)際上是一種觀點(diǎn)，一種評(píng)價(jià)容器是否可用的判別方式）。 1. 過量的彈性變形，包括彈性不穩(wěn)定性； （在遠(yuǎn)離與封頭連接處的筒體無接管處，當(dāng)環(huán)向 應(yīng)力達(dá)到

4、屈服限，筒體會(huì)出現(xiàn)整體屈服） 2. 過量的塑性變形（結(jié)構(gòu)中塑性區(qū)擴(kuò)展過程，如平封頭）； 垮塌后的經(jīng)線 3. 塑性不穩(wěn)定漸增性垮塌；（筒體與封頭連接處) （見書172、180頁）p4 4. 蠕變；（一定的溫度和應(yīng)力不變的條件下，隨時(shí)間增長，緩慢而不斷地產(chǎn)生非彈性變形） 5. 脆性斷裂；（初始缺陷、低溫下操作） 6. 高應(yīng)變、低循環(huán)疲勞； 7. 應(yīng)力腐蝕； 8. 腐蝕疲勞。 失效準(zhǔn)則： 彈性失效 塑性失效 彈塑性失效； 斷裂失效； 爆破失效； 腐蝕失效； 蠕變失效等。5初屈服交變載荷靜載荷 純彈性 塑性失效 漸增性垮塌棘輪現(xiàn)象低循環(huán)疲勞裂紋萌生斷裂彈性失效極限載荷安定載荷塑性變形累積損 壞垮塌破壞

5、損傷積累有限壽命設(shè)計(jì)彈塑性失效6分析設(shè)計(jì)是計(jì)及各種可能失效模式中的大多數(shù)失效模式并在結(jié)構(gòu)、強(qiáng)(剛)度計(jì)算、選材、制造檢驗(yàn)等各個(gè)方面綜合考慮并提供合理的安全裕量（等安全裕度原則）以防止相關(guān)類型失效。 根據(jù)所考慮的失效模式比較詳細(xì)地計(jì)算受壓元件的各種應(yīng)力，并根據(jù)各種應(yīng)力對(duì)各失效模式所起的不同作用而予以分類，再采取不同的應(yīng)力強(qiáng)度條件加以限制。7分析設(shè)計(jì)的特點(diǎn)1能解決常規(guī)設(shè)計(jì)難于解決的問題 應(yīng)力集中，局部應(yīng)力； 高溫高壓（機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力并存）； 交變載荷下的疲勞設(shè)計(jì)； 柔性部件，異型結(jié)構(gòu)，復(fù)雜又無現(xiàn)成的公式。2科學(xué)性、安全性 搞清了應(yīng)力分布情況，對(duì)癥下藥，該薄處薄，該厚處厚； 30多年核容器的正常運(yùn)

6、行表明：分析設(shè)計(jì)可保證安全。8 3經(jīng)濟(jì)性 一般可省材20% 30%； 工藝方面可減少工作量（如：焊接）省時(shí)，省力， 省材； 降低運(yùn)輸費(fèi)用。（計(jì)算費(fèi)用高，加工費(fèi)用高） （見書中173頁）9壓水堆沸水堆操作壓力，MPa 容器重量，T1040-750715.552045011760365483024033045511825常 規(guī)分 析常 規(guī)分 析2006016022066502015010材 料1. 必須是壓力容器用鋼，具有合格的力學(xué)性能以及較低的硫、磷雜質(zhì)的含量；不允許用沸騰鋼及非壓力容器用鋼制作殼體、封頭等受壓元件；2. 鋼材應(yīng)是列入了國標(biāo)、行標(biāo)或已為PV大量使用的且有使用經(jīng)驗(yàn)的國內(nèi)鋼材和國外標(biāo)

7、準(zhǔn)所列的PV用鋼；3. 列入JB4732的計(jì)有：鋼板24個(gè)鋼號(hào)，鋼管23個(gè)鋼號(hào)，鍛件22個(gè)鋼號(hào)，螺柱8個(gè)鋼號(hào)；取消推薦材料代用規(guī)定；4. 鋼材使用溫度下限為0 (GB150為 -20)，使用溫度低于0的鋼材，需進(jìn)行低溫沖擊試驗(yàn)；低溫沖擊功指標(biāo)較GB150略有提高；5. 較GB150擴(kuò)大了超聲波檢測范圍且提高了質(zhì)量等級(jí)要求；6. 對(duì)低合金鋼螺柱用材規(guī)定了進(jìn)行夏比V沖擊試驗(yàn)的要求；低溫用低合金螺柱用材的低溫沖擊功指標(biāo)較GB150規(guī)定有所提高。11棘輪 疲勞 過量彈性變形，過量塑性變形 漸增性垮塌，低周疲勞常規(guī)設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)1.載荷非交變（靜載荷）靜載荷、交變載荷 彈性失效3.設(shè)計(jì) 準(zhǔn)則進(jìn)入塑性 后塑

8、性失效，彈塑性失效極限載荷 一次加載*安定載荷 交變載荷*當(dāng)作用于結(jié)構(gòu)上的各載荷按同一比例由小到大遞增直到破壞的加載過程稱為一次加載.2.涉及的 過量彈性變形失效模式 12優(yōu)質(zhì) 延性好 性能穩(wěn)定6.材料 常規(guī)要求整體性 連續(xù)性 相貫處光滑過渡、全焊透、100%探傷 7.制造 檢驗(yàn)常規(guī)要求應(yīng)力分類用應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定 第三強(qiáng)度理論 S=1-3基本安全系數(shù)較小應(yīng)力不分類5.應(yīng)力評(píng)定同一許用應(yīng)力 第一強(qiáng)度理論1基本安全系數(shù)較大簡化公式+經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 4.分析方法 材料力學(xué) 板殼薄膜理論理 論方 法數(shù)值方法實(shí) 驗(yàn)方 法板殼理論、彈性或塑性力學(xué)分析13分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的選用1）當(dāng)設(shè)計(jì)壓力約為20MPa或更高時(shí)；2）當(dāng)

9、容器直徑大于1500mm且設(shè)計(jì)壓力為7 MPa或更高；3）當(dāng)容器直徑/壁厚比值較小，例如16；或因壁厚較大而難 以制作，如75mm；4）當(dāng)容器的質(zhì)量約為18000kg以上；或同時(shí)制造若干相同容 器總重量為此數(shù)值；5）當(dāng)容器為多層結(jié)構(gòu)或較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；6）當(dāng)容器尺寸較大而要在現(xiàn)場建造時(shí)；7）交變載荷（壓力、溫度）8）交變溫度梯度；9）使用條件苛刻的容器，如：裝有劇毒介質(zhì)、壓力沖擊等。另外：（1）工程費(fèi)用；（2）建造安裝費(fèi)用（3）其它因素。14我國規(guī)定：1）PD10MPa，且n 25mm；2）PD Di 10000； PD 設(shè)計(jì)壓力，MPa；Di 容器內(nèi)直徑，mm；3）球罐容積 650m3，且PD

10、 1.6MPa；4）GB150難于確定結(jié)構(gòu)尺寸的容器及受壓元件；5）須專門呈報(bào)審批的容器或受壓元件。 以上情況可考慮采用分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。15JB4732-95適用范圍1. 設(shè)計(jì)壓力：0.1 MPaPD100MPa；2. 設(shè)計(jì)溫度：是以低于鋼材蠕變極限(經(jīng)10萬小時(shí)蠕變率為 1%的蠕變極限）控制其應(yīng)力強(qiáng)度的相應(yīng)溫度； 碳素鋼 375； 鉻鉬鋼 475； 碳錳鋼 375； 奧氏體不銹鋼 425； 錳鉬鈮鋼 375。16補(bǔ)充件參考件 1主題內(nèi)容與適用范圍； 2引用標(biāo)準(zhǔn)； 3總論 4名詞術(shù)語； 5分析設(shè)計(jì)一般準(zhǔn)則； 6材料； 7內(nèi)壓回轉(zhuǎn)殼； 8外壓回轉(zhuǎn)殼； 9平蓋 10開孔與開孔補(bǔ)強(qiáng)；11制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)

11、收。正文：JB4732標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)11章正文，11個(gè)附錄 附錄：1基本部件，組合部件應(yīng)力分析； 2實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析； 3疲勞設(shè)計(jì)；4法蘭；5超壓泄放裝置；6材料的補(bǔ)充規(guī)定；7鋼材高溫性能； 8管板應(yīng)力分析 9焊接接頭 10圓柱殼開孔接管應(yīng)力分析； 11對(duì)有限元程序及分析設(shè)計(jì)人 員的基本要求17 分析設(shè)計(jì)的基本方法1.彈性名義應(yīng)力與塑性理論相結(jié)合的方法 進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí),假定結(jié)構(gòu)材料始終服從虎克定律,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是線性的,應(yīng)力與應(yīng)變一一對(duì)應(yīng),此時(shí)求出的應(yīng)力稱為“彈性名義應(yīng)力”或“虛擬應(yīng)力”,對(duì)此進(jìn)行分類,再求其強(qiáng)度,然后對(duì)它進(jìn)行控制.2.直接進(jìn)行塑性分析或求極限載荷與安定載荷,對(duì)載荷加以控制. 不涉及應(yīng)力

12、分類和其它一些問題.18應(yīng)力重分布t1.5=E理想彈塑性0=E=E虛擬應(yīng)力(Pseudo stress)019采用彈性名義應(yīng)力法時(shí)塑性理論的應(yīng)用一.對(duì)于一次加載情況:對(duì)應(yīng)于塑性失效準(zhǔn)則;當(dāng)外載荷小于極限載荷時(shí),結(jié)構(gòu)的塑性變形便是局部的、可控制的；當(dāng)外載荷大于極限載荷時(shí)，結(jié)構(gòu)將變成幾何可變機(jī)構(gòu)，失去承載能力，產(chǎn)生不可控制的塑性變形，終將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。二.對(duì)于反復(fù)加、卸載（即交變載荷情況）：對(duì)應(yīng)于彈塑性失效準(zhǔn)則;當(dāng)外載荷小于安定載荷時(shí)，結(jié)構(gòu)是安定的；當(dāng)外載荷大于安定載荷時(shí)，便開始進(jìn)入緩慢的塑性變形積累過程；最終會(huì)導(dǎo)致容器或其部件失效。20非線性彈性AB塑性力學(xué)特點(diǎn)1）應(yīng)力與應(yīng)變之間呈非線性關(guān)系

13、；2）應(yīng)力與應(yīng)變之間不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，與加載歷史 有關(guān)；3）彈性區(qū)加、卸載服從Hooke定律，塑性區(qū)，加載服從 塑性規(guī)律，卸載服從彈性Hooke定律。021彈性力學(xué)平衡方程幾何方程本構(gòu)關(guān)系（物理關(guān)系即廣義胡克定律）邊界條件靜定問題: 只從屈服條件、平衡方程 及應(yīng)力邊界條件就能夠求 出理想塑性體的應(yīng)力分布.極限分析塑性力學(xué)平衡方程幾何方程本構(gòu)關(guān)系（物理關(guān)系）邊界條件本構(gòu)方程屈服條件（初始屈服條件）加載條件（后繼屈服條件）加載準(zhǔn)則（判斷加載與卸載的準(zhǔn)則）增量理論全量理論22解決塑性問題的兩種途徑1 詳細(xì)研究塑性變形隨載荷增加而逐漸發(fā)展的全過程，在加載每一時(shí)刻，了解結(jié)構(gòu)內(nèi)所有點(diǎn) 的應(yīng)力、應(yīng)變和位移

14、，確定彈性區(qū)與塑性區(qū)之 間的界線；應(yīng)力與變形在卸掉一部分或全部載荷后以及重復(fù)加載時(shí)的變化規(guī)律。這對(duì)塑性靜 定問題尚好解決（如內(nèi)壓厚壁筒的例子），但對(duì)一般問題涉及到了復(fù)雜的本構(gòu)關(guān)系，無論用增量理論或全量理論解決起來都是十分困難的。2 不去關(guān)心整個(gè)變形過程、加載歷史，只關(guān)心結(jié)構(gòu)在 極限狀態(tài)下的承載能力；避開了解決塑性問題的難點(diǎn)，但也因此而不能了解變形過程中的應(yīng)力、應(yīng)變和位移的分布情況，只得到最終的極限載荷。23極限分析（極限平衡理論）（見書9097頁）極限狀態(tài)：對(duì)于理想塑性，小變形情況， 當(dāng)載荷達(dá)到某個(gè) 極限值時(shí)，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)無法限制的塑性流動(dòng)。 極限載荷：極限狀態(tài)下所能承受的載荷;即極限承載能力(

15、垮塌前的平衡條件),不考慮彈性到塑性變形的全過程?？逅Y(jié)構(gòu)：極限狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)的塑性流動(dòng)形態(tài)?；炯僭O(shè):1.采用理想剛塑性模型,因?yàn)槔硐霃椝苄耘c理想剛塑性材料的 極限載荷相同.2.小變形,變形前后用同一平衡方程，幾何方程是線性的。3.所有載荷按同一比例增加.4.結(jié)構(gòu)有足夠剛度,達(dá)到極限載荷之前不會(huì)失穩(wěn).5.加載速度緩慢,可不考慮慣性力.24特 點(diǎn)：1) 極限載荷是根據(jù)極限狀態(tài)時(shí)結(jié)構(gòu)的平衡要求確定出來的，自平衡 力系（初始?xì)堄鄳?yīng)力、焊接應(yīng)力）對(duì)極限載荷無影響 ; 2) 與加載歷史無關(guān)，取決于最后的一次加載能否承受；3) 直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，或至少導(dǎo)致大量的塑性變形；4) 采用 Mises 屈服條件求

16、出的極限載荷 由Tresca 條件求出的極限 載荷,但不會(huì)超過1.15倍.5) 材料屈服極限提高k倍,則極限載荷亦提高k倍.6) 應(yīng)當(dāng)用“極限載荷設(shè)計(jì)法”確定出許用載荷,不能用“許用應(yīng)力法”. 極限載荷是一次應(yīng)力的判別尺度，結(jié)構(gòu)外載荷超過極限載荷將導(dǎo)致的破壞至少是大量的塑性流動(dòng)、危險(xiǎn)性大。 極限載荷是根據(jù)極限狀態(tài)下的平衡條件所確定，不考慮從彈性至塑性的全過程，只考慮垮塌前的平衡條件，與加載過程無關(guān)。25Plt兩端固定均布載荷矩形截面梁。 長為l，厚為t，寬為b 最大應(yīng)力在兩端。兩端形成塑性鉸之后，最大應(yīng)力點(diǎn)在中間。彈性極限載荷 （初屈服）幾何可變機(jī)構(gòu)兩端形成塑性鉸時(shí)：Ps / Pe=1.5/

17、Pe =2.0中間再形成塑性鉸，喪失承載能力26 矩形截面梁的塑性彎曲 （書92頁）sc2HsaHsbA彈性階段：應(yīng)力沿厚度t線性分布，最大應(yīng)力為：max=6M/t2當(dāng)最外層纖維屈服時(shí),可求得“彈性極限彎矩” Me= t2s/6B彈塑性階段：當(dāng)載荷繼續(xù)作用，塑性區(qū)不斷擴(kuò)大，中間的彈性部分（-H，H）對(duì)塑性變形的擴(kuò)展起著約束作用，此時(shí)彎矩大小為：M=彈性部分的彎矩+塑性部分彎矩；經(jīng)過簡單的積分運(yùn)算可得 27M=t2(3-2)s/12 當(dāng) t=2H ：M=H2(3-2)s/3 當(dāng)=1 ： M=Me=t2 s/6 （彈性極限彎矩） 當(dāng)=0 ： M=Mp= t2 s/4 （塑性極限彎矩） =0時(shí)全截面

18、均進(jìn)入屈服。產(chǎn)生完全塑性狀態(tài)時(shí)的彎矩與產(chǎn)生最大彈性狀態(tài)時(shí)的彎矩之比稱為“形狀系數(shù)”，用表示: =完全塑性彎矩/最大彈性彎矩=Mp /Me 它是衡量不同形狀截面超出常規(guī)的彈性極限之后，還有多大承載能力的一個(gè)標(biāo)志。對(duì)于均勻拉伸的桿件，=1.0；對(duì)于矩形截面純彎梁=1.5。也就是說，當(dāng)梁截面形成完全塑性鉸以前，比梁在截面厚度邊緣開始屈服時(shí)可以多承擔(dān)50%的附加彎矩。28彎曲型=1.5薄膜型=1.0梁 PNNA混合型ABCp29塑性鉸與普通鉸的區(qū)別：1.普通鉸不能承受任何力矩,而塑性鉸則有定值的抗彎能力，存在極限彎矩Mp;2.卸載時(shí)塑性餃即消失,但由于存在殘余變形,結(jié)構(gòu)不能恢復(fù)原狀;3.普通鉸是雙向的

19、,而塑性鉸是單向鉸,只能沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)二者方向不一致時(shí),屬于卸載情況,計(jì)算服從彈性規(guī)律。30求解極限載荷的一般方法解析方法： 利用下限定理與上限定理分別求出下限解和上限解；作為完善的解析解應(yīng)給出一切可能垮塌機(jī)構(gòu)的極限載荷計(jì)算式及相應(yīng)的幾何參數(shù)適用范圍。例如：JB4732標(biāo)準(zhǔn)中的平蓋和整體補(bǔ)強(qiáng)的殼體開孔應(yīng)力分析法。 但是，一般不能直接給出適于工程設(shè)計(jì)使用的顯式表達(dá)式。下限定理:在所有與靜力可能的應(yīng)力場(滿足平衡條件與力的邊界條件且不違背極限條件的應(yīng)力場)對(duì)應(yīng)的載荷中,最大的載荷為極限載荷.利用下限定理求解極限載荷的方法叫“靜力法”。上限定理：在所有與機(jī)動(dòng)可能的位移場（滿足幾何約束條件、能形成

20、幾何可變機(jī)構(gòu)的位移場）對(duì)應(yīng)的載荷中,最小的載荷為極限載荷。利用上限定理求解極限載荷的方法叫“機(jī)動(dòng)法”。 （書中9596頁）31數(shù)值方法 實(shí)際的極限載荷是下限解的最大值或上限解的最小值，如果選極限載荷作為目標(biāo)函數(shù)，將靜力容許場或位移容許場表示為某些可調(diào)參數(shù)的函數(shù)，則上、下限定理歸結(jié)為調(diào)整這些參數(shù)使相應(yīng)載荷取極大或極小值的優(yōu)化問題。 *確定極限載荷的另一數(shù)值方法是直接用彈塑性有限元程序逐級(jí)加載算出實(shí)際結(jié)構(gòu)部件的載荷一位移曲線，然后按二倍彈性斜率法或雙切線交點(diǎn)法確定出相應(yīng)的極限載荷。32tan = 2tanPAPw00PAPr上切線wBEDC“兩倍彈性斜率法”從壓力-位移曲線,做一條斜線OA其斜率滿

21、足tan =2tanA點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)即為極限載荷.“雙切線相交法”把非線性的壓力-位移曲線簡化為折線模型,把雙切線交點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)定為極限載荷.33柱殼開孔接管( t/T=r/R R=25T )*美國ASME標(biāo)準(zhǔn)采用“兩倍彈性斜率法”；*歐盟標(biāo)準(zhǔn)采用“雙切線相交法”；*表格中Pc是我國清華大學(xué)提出的“零曲率法”計(jì)算結(jié)果, 尚未納入標(biāo)準(zhǔn)。 （見書中9798頁）柱殼斜接管( t/T=1.0 = /6 R=50T )34初屈服交變載荷靜載荷 純彈性 塑性失效 漸增性垮塌棘輪現(xiàn)象低循環(huán)疲勞裂紋萌生斷裂彈性失效極限載荷安定載荷塑性變形累積損 壞垮塌破壞損傷積累有限壽命設(shè)計(jì)彈塑性失效35低周疲勞1.每周

22、加載循環(huán)的前半周和后半周（卸載）在結(jié)構(gòu)的同一部位相繼 產(chǎn)生反向的塑性應(yīng)變；2.每一循環(huán)總塑性變形接近零，但是每周的塑性變形能并不為零， 塑性變形能隨著循環(huán)次數(shù)的增加不斷積累,積累到某一臨界值時(shí) 裂紋萌生.3.裂紋擴(kuò)展斷裂棘輪（Ratcheting）1.每次加載循環(huán)的前半周與后半周在結(jié)構(gòu)的不同部位輪流產(chǎn)生塑性 變形，如：承壓筒體的內(nèi)外壁；2.出現(xiàn)條件：恒定的載荷（如：內(nèi)壓）和一個(gè)交變載荷（如：溫 度變化）聯(lián)合作用下；3.塑性變形積累導(dǎo)致破壞。裂紋萌生擴(kuò)展喪失安定斷裂起裂36P 棘輪 (書中180183頁）+外內(nèi)壓應(yīng)力內(nèi)rP區(qū)P區(qū)交變外溫差應(yīng)力TwTn內(nèi)rTnTw-+-+37JBree圖（熱應(yīng)力棘

23、輪作用） 安定區(qū)(外表屈服)S1 安定區(qū)（內(nèi)表屈服）(內(nèi)壓應(yīng)力）(內(nèi)、外表棘輪)R1(外表面棘輪)R2E(彈性區(qū))破壞P疲勞S20 （溫差交變應(yīng)力）38安定載荷的求法1.一維結(jié)構(gòu)、厚壁筒：先求問題的彈塑性解，再計(jì)算卸載時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)殘余應(yīng)力場不產(chǎn)生反向屈服的臨界載荷以及殘余應(yīng)力與載荷應(yīng)力曡加后不違背屈服條件的臨界載荷，二者較小的為安定載荷。2.復(fù)雜結(jié)構(gòu):先假設(shè)帶有某些可調(diào)參數(shù)的殘余應(yīng)力場,再利用安定下限定理和線性(或非線性)規(guī)劃法優(yōu)化這些參數(shù),使相應(yīng)的安定載荷取最大值就得到在假設(shè)殘余應(yīng)力場下最接近實(shí)際安定載荷的下限解.假設(shè)殘余應(yīng)力場的方法有:彈性迭代法、應(yīng)力函數(shù)法及溫度參數(shù)法等。39對(duì)安定載荷的幾點(diǎn)

24、認(rèn)識(shí)1.必須有彈性區(qū)存在，卸載時(shí)塑性區(qū)被周圍的彈性區(qū)擠壓而產(chǎn)生 殘余應(yīng)力場，此“場”在下次加載時(shí)起有利作用。2.失去安定只是損傷累積的開始，而不是直接破壞的起點(diǎn)。3.安定載荷與殘余應(yīng)力有關(guān)(目前尚無定量的結(jié)論)、與加載組合 形式有關(guān)、與加載歷史有關(guān)；與極限載荷不同。4.通常防疲勞與防棘輪的安定載荷不相等，實(shí)際安定載荷為二者 之較小值。5.超過安定載荷后，結(jié)構(gòu)并不立即破壞，而是進(jìn)入一個(gè)有限壽命 的緩慢破壞過程，危險(xiǎn)性較小；工程設(shè)計(jì)中可不留安全裕度而 容許結(jié)構(gòu)承受的最大載荷小于等于安定載荷。40標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)安定性（Shakedown）的簡化處理： 結(jié)構(gòu)在載荷、溫度等的交變過程中，僅在初次加載過程中出現(xiàn)

25、一定量的塑性變形， 而在以后的載荷交變循環(huán)中*，不再出現(xiàn)新的塑性變形，沒有塑性變形的積累* * ，仍處 在彈性循環(huán)中。稱該結(jié)構(gòu)是 “安定”的。 單向應(yīng)力狀態(tài)保證安定性的條件是:彈性名義應(yīng)力小于等于兩倍屈服極限. （ 見書178180頁） *以后的載荷變化均應(yīng)維持在原載荷范圍。 * * 金屬材料在交變載荷作用下所引起的交替塑性變形是導(dǎo)致裂紋形成的能量來源。塑性變形的積累實(shí)際上塑性變形能的逐步積累。 41塑性區(qū)彈性區(qū)最大彈性名義應(yīng)力位置-CBBA0D LBC-DBA0E 失去安定42pt薄膜應(yīng)力mb薄膜應(yīng)力與彎曲應(yīng)力43應(yīng)力分類的依據(jù) 1.應(yīng)力產(chǎn)生的原因與作用: 是平衡載荷所必須的還是變形協(xié)調(diào)所必

26、須的? 不同原因所產(chǎn)生的應(yīng)力將有不同的性質(zhì),所具有的危險(xiǎn)性亦不同。 2.應(yīng)力的分布: 應(yīng)力分布的區(qū)域是整體的還是局部的?其影響大小不同. 應(yīng)力沿厚度的分布是均布的、線性的或非線性的？它們具有不同的應(yīng)力重分布能力，與其承載能力相關(guān)。應(yīng)力分類原理 求解彈性問題可分為兩步：1）先尋求滿足平衡條件的靜力可能解，讓它承受全部外載荷，這樣的解一般不滿足約束條件，而且解可能不是唯一的。選其中應(yīng)力水平最低或較低的一個(gè)解作為靜力必須解。2）再尋求一個(gè)附加的自平衡解，使它和靜力必須解一起，共同滿足約束條件，把上面兩個(gè)解曡加在一起就得到問題的全解。 例 兩端固定梁，中間有集中力F作用44求解此問題，可分為兩步：先尋

27、求與外載荷F相平衡、兩端不滿足固定邊界條件的簡支梁(b)的解，這是靜定問題（其應(yīng)力相當(dāng)于一次應(yīng)力）；爾后，再求出自平衡(F=0)的解，但兩端產(chǎn)生相應(yīng)轉(zhuǎn)角，使它和(b)一起滿足位移為零、轉(zhuǎn)角為零的邊界條件。(c)的解為二次應(yīng)力。將(b)解 + (c) 解,此時(shí)的解既滿足平衡條件又滿足固定的邊界條件,是原問題(a)的解。應(yīng)力分類一次應(yīng)力：一次應(yīng)力的涵義就是第一位的、首要的的應(yīng)力，它是為平衡壓力與其它機(jī)械載荷所必須的應(yīng)力，包括法向應(yīng)力與剪應(yīng)力。一次應(yīng)力是維持結(jié)構(gòu)各部份平衡直接需要的,無此應(yīng)力結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生破壞，對(duì)容器失效影響最大。(a)F(b)F(c)應(yīng)力的求解45一次應(yīng)力超過材料屈服極限時(shí)，將會(huì)引起

28、過量的塑性變形而造成結(jié)構(gòu)破壞，一次應(yīng)力沒有自限性。一次應(yīng)力又細(xì)分為一次總體薄膜應(yīng)力（Pm），一次彎曲應(yīng)力（Pb）和一次局部薄膜應(yīng)力（ PL ）。 二次應(yīng)力 （符號(hào)Q） 是為滿足外部約束條件或結(jié)構(gòu)自身變形連續(xù)要求所必須的應(yīng)力。過去曾稱它為 “副應(yīng)力”，它對(duì)容器的危害屬于第二位的。二次應(yīng)力不是為滿足平衡外載荷所必須的，是由于變形協(xié)調(diào)的需要而產(chǎn)生的一個(gè)自平衡力系。二次應(yīng)力的主要特征是它具有自限性（self-limiting）。 峰值應(yīng)力（符號(hào)F） 是由局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)或局部熱影響所引起的附加于一次與二次應(yīng)力之上的應(yīng)力增量。峰值應(yīng)力不引起任何顯著變形，它的特征是具有局部性與自限性。可以說，二次應(yīng)力是影響

29、范圍遍及斷面 （能把結(jié)構(gòu)分成與互不相連的兩部分的平面或曲面）的總體自限性應(yīng)力,而峰值應(yīng)力是應(yīng)力水平超過二次應(yīng)力但影響范圍僅為局部斷面的局部自限應(yīng)力，這里的局部是指小于 1/4 厚度的量級(jí)。峰值應(yīng)力與二次應(yīng)力都具有自限性，且為自平衡的，因此與平衡外載荷無關(guān)。46一次彎曲應(yīng)力： 是由介質(zhì)壓力或其它機(jī)械載荷作用下沿容器壁厚線性分布的應(yīng)力（內(nèi)外壁處大小相等，方向相反）它滿足外載荷與內(nèi)力的平衡關(guān)系，如內(nèi)壓下的平封頭。如果因元件結(jié)構(gòu)的不連續(xù)而在元件連接處所引起的邊緣應(yīng)力中的彎曲應(yīng)力則不屬于一次彎曲應(yīng)力，且這種彎曲應(yīng)力有衰減性。 一次彎曲應(yīng)力進(jìn)入屈服以后，可出現(xiàn)應(yīng)力重分布，使承載能力提高。 為限制它產(chǎn)生的過

30、量塑性變形，采用極限分析方法得出比對(duì)Pm限制為寬、但比Q限制為嚴(yán)的條件進(jìn)行強(qiáng)度校核。47 局部薄膜應(yīng)力在局部應(yīng)力分布區(qū)，其應(yīng)力值超過1.1Sm的距離沿殼體經(jīng)線方向不大于1.0 ，則此應(yīng)力即為局部薄膜應(yīng)力。PLXS1.1Sm0Pm 實(shí)際上有兩種局部薄膜應(yīng)力：一種是純一次性質(zhì)的局部薄膜應(yīng)力，它們是平衡作用在邊界上的外部機(jī)械載荷（如法蘭力矩）所必須的，或是由平衡外部機(jī)械載荷所必須的殼體連接處的內(nèi)力和彎矩（如錐形過渡段小端）所引起的。48另一種是具有二次性質(zhì)的局部薄膜應(yīng)力，它們是由克服總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)所需要的殼體連接處的內(nèi)力和彎矩（如半球形封頭或橢圓形封頭與筒體連接處）所引起邊緣應(yīng)力的薄膜部分，從穩(wěn)妥與

31、方便考慮也被歸入PL類。當(dāng)兩個(gè)殼體的經(jīng)線在連接處方向一致時(shí)（球形、橢圓形封頭與筒體連接處）邊緣效應(yīng)解中的局部薄膜應(yīng)力完全是為了克服連接處徑向位移的總體不連續(xù)所必須的，理應(yīng)歸入二次應(yīng)力；但從方便穩(wěn)妥考慮，將其歸入PL。 當(dāng)兩個(gè)殼體的經(jīng)線在連接處的方向有一個(gè)夾角時(shí)（如錐形過渡段小端）邊緣效應(yīng)解中的局部薄膜應(yīng)力則必含有一次應(yīng)力成份，歸入PL并非是保守處理。（錐殼過渡段小端控制值為1.1Sm而不是1.5Sm ）49TNFPTPRiPTPNTFTNFPPRiQQMM50p連接后的位置未連接時(shí)的位置 二次應(yīng)力R殼R球未連接連接后殼球RR殼、R球 中面徑向位移（2-）.球向外 球，殼向內(nèi) 殼實(shí)際徑向位移量（

32、不連續(xù)量R殼 R球）（1-）.51 關(guān)于自限性 自限性取決于該應(yīng)力對(duì)平衡外部機(jī)械載荷所起的作用。一次應(yīng)力平衡外部機(jī)械載荷所必須的應(yīng)力，當(dāng)載荷不斷增加時(shí)，它必須隨之成比例地增加，平衡不了外載荷就意味著結(jié)構(gòu)的破壞。對(duì)于無硬化的理想塑性材料，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服后只會(huì)產(chǎn)生塑性流動(dòng)而不能提高塑性區(qū)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)力水平，去平衡增加的外載荷。當(dāng)結(jié)構(gòu)整體或某部分全面進(jìn)入塑性流動(dòng)而形成垮塌機(jī)構(gòu)時(shí)，在載荷的推動(dòng)下，塑性流動(dòng)是不可限制的。 因而一次應(yīng)力沒有“自限性”。（或稱“可限性” ） 由于將一次應(yīng)力控制在彈性范圍內(nèi)，彈性變形所起的不連續(xù)性是比較小的，雖然在二次應(yīng)力與峰值應(yīng)力區(qū)內(nèi)的應(yīng)力水平較高，但只要它們產(chǎn)生的塑性變形足

33、以克服這微小的彈性不連續(xù)性，使變形連續(xù)條件得到滿足,塑性流動(dòng)就會(huì)自動(dòng)停止，相應(yīng)的名義應(yīng)力也不會(huì)無限增大，這就是二次應(yīng)力的“自限性”。由于有自限性的應(yīng)力與平衡外載無關(guān)，故不影響結(jié)構(gòu)的極限載荷大小。在一次加載條件下自限應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。52例以端部具有平封頭、壁厚為的圓筒形受壓容器為例，由于各內(nèi)力分量均可用徑向位移W(x)來表示，因此求解圓柱殼體的基本方程是以W(x)為未知量，方程為： 其中：這是一個(gè)四階常系數(shù)非齊次微分方程，它的解由兩部分組成：非齊次方程的特解加上對(duì)應(yīng)的齊次方程的通解。這個(gè)特解實(shí)際上即為無矩理論中的薄膜位移W*，而齊次方程的通解則對(duì)應(yīng)于邊緣效應(yīng)區(qū)的徑向位移W1(x),筒體徑向

34、總位移則為： W(x）= W*+W1(x), W(x)=-PR2/2E(2-)+e-/2D3M0(sinx-cosx)-Q0cosx求出位移后，進(jìn)而可求出邊緣效應(yīng)區(qū)的內(nèi)力，再求得應(yīng)力。53 非齊次方程特解 + 齊次方程通解無矩理論解、不考慮彎曲 有矩理論解、考慮彎曲 （薄膜解） （沿軸向衰減的邊緣效應(yīng)解） 一次總體薄膜應(yīng)力 （遍及全區(qū)域） 薄膜部分 彎曲部分 （局部薄膜應(yīng)力） （二次應(yīng)力） 內(nèi)壓圓柱殼基本方程解54幾點(diǎn)提示1.不能把“一次應(yīng)力是平衡外載荷所必須的”,理解為“可用靜力平衡條件確定的應(yīng)力”;2.不能把一次應(yīng)力理解為“由載荷引起的”,由載荷引起的應(yīng)力并非全是一次應(yīng)力。標(biāo)準(zhǔn)中將此稱之為

35、載荷應(yīng)力;3.不能把二次應(yīng)力說成是“由約束引起的”,因?yàn)榧s束可以引起二次應(yīng)力,也可以引起一次應(yīng)力;4.滿足變形協(xié)調(diào)方程、平衡方程等，是連續(xù)體內(nèi)真實(shí)應(yīng)力的基本屬性。不能把一次應(yīng)力與二次應(yīng)力說成一個(gè)是滿足平衡方程，另一個(gè)是滿足變形協(xié)調(diào)方程的。55應(yīng)力分類56滿足變形協(xié)調(diào)（連續(xù)）要求所必須的;塑性流動(dòng)可被約束或被低應(yīng)力區(qū)的變形所限制。（自限性）。影響區(qū)小于 壁厚則劃為F，否則為Q。二次應(yīng)力(由總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)引起，影響范圍為整個(gè)斷面或整個(gè)厚度）一次應(yīng)力薄膜應(yīng)力彎曲應(yīng)力總體薄膜（影響范圍遍及全殼）局部薄膜(原指邊緣效應(yīng)解中的薄膜成份)PmPL平衡外載荷所必須的;塑性流動(dòng)是不可限制的（非自限性）自限應(yīng)力P

36、b峰值應(yīng)力（由局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)引起，影響范圍為 斷面或厚度的一小部分）QF應(yīng)力分類小結(jié)57 局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)是指幾何形狀或材料的不連續(xù)，它僅使結(jié)構(gòu)在很小范圍內(nèi)的應(yīng)力或應(yīng)變發(fā)生變化，對(duì)結(jié)構(gòu)總的應(yīng)力分布和變形無顯著影響，例如：小的圓角過渡、殼體與小附件的連接處。而總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)也是指幾何形狀與材料的不連續(xù)，它使結(jié)構(gòu)在較大范圍內(nèi)應(yīng)力或應(yīng)變發(fā)生變化，對(duì)結(jié)構(gòu)總的應(yīng)力分布與變形會(huì)產(chǎn)生影響，如：封頭、法蘭、支座、接管等與殼體的連接處及不等厚殼體連接處等。局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)與總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)58Pm + Pb + Q應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)對(duì)：Pm、Pm +Pb、 計(jì)算應(yīng)力分量，即“先加后算”，而不應(yīng)“先算后加” ！例：一次應(yīng)力與二

37、次應(yīng)力分布如圖S= - ， 先算強(qiáng)度后加： S1+2=S2= - 0 = = = 0二次應(yīng)力 = = -S1= -（- ）=一次應(yīng)力先算應(yīng)力分量，疊加后算強(qiáng)度： = = 0S1+2=59A、 BA、 BPmPLPL+PbPL+Pb+QPL+Pb+Q+F疊加為五組，一般每組中含6個(gè)應(yīng)力分量1. 在一種或幾種載荷作用下 求出了應(yīng)力分布一般有6個(gè)應(yīng)力分量： 、 、 、 、 、2. 沿所選截面厚度上將 、 、 進(jìn)行等效線性化處理，根據(jù)應(yīng)力分類 原理得出：Pm(PL)、Pb、Q、F 應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算3. 將厚度截面某點(diǎn)上（如A. B. C）將 對(duì)應(yīng)的Pm( PL )、Pb、Q、F。分成五 組：604. 要某

38、點(diǎn)上（如A. B. C）根據(jù) 6 個(gè)應(yīng)力 分量計(jì)算主應(yīng)力 、 、 ，對(duì)每組 三個(gè)主應(yīng)力計(jì)算出應(yīng)力強(qiáng)度可得出每點(diǎn) 處的 S、S、S、S、S。5. 此時(shí)，沿厚度截面的某條線上就得出每 一點(diǎn)的各類應(yīng)力強(qiáng)度。對(duì)某點(diǎn)最大應(yīng)力 強(qiáng)度進(jìn)行控制。A、 B61應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定內(nèi)容 1設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Sm 2主應(yīng)力計(jì)算求應(yīng)力強(qiáng)度 3各類應(yīng)力強(qiáng)度與設(shè)計(jì)（許用）應(yīng)力強(qiáng)度比較 ）用虛擬應(yīng)力進(jìn)行； ）先將應(yīng)力分量疊加，再算應(yīng)力強(qiáng)度，反之不可； ）校核過程中均包含比它更危險(xiǎn)的應(yīng)力成份； 4若承受交變載荷，尚須進(jìn)行疲勞壽命校核。62S= - （3）設(shè)計(jì)溫度下屈服點(diǎn)或0.2%屈服強(qiáng)度的1/1.5。 ：強(qiáng)度極限 ：屈服點(diǎn)或0.2%屈服強(qiáng)

39、度設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Sm 取以下三者之最小值： （1）室溫下 / 2.6；（2）室溫下 / 1.5； 一次應(yīng)力強(qiáng)度SP的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：SPSmSm：設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度：極限載荷與初屈服載荷的比值；對(duì)一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度 =1.0一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度SP+Q的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn): SP+Q (=2 )：安定載荷與初屈服載荷的比值； 對(duì)任何情況=2.0對(duì)一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度 一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度 =1.563范圍 應(yīng)力強(qiáng)度 一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度 S (由Pm組求出) 一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度 S (由PL組求出) 一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度 S (由PL+Pb求出) 一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度 S (由PL+Pb+Q求出) 峰值應(yīng)力強(qiáng)度 S

40、(由PL+Pb+Q+F求出) SKSm , S 1.5KSm， S 1.5KSm S 3Sm , K：載荷系數(shù)。64 分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的簡化處理是分別根據(jù)兩端固定均布載荷矩形截面梁的極限載荷與受反復(fù)熱循環(huán)、兩端剛性約束 桿件的安定載荷,定出應(yīng)力強(qiáng)度校核的兩個(gè)系數(shù)1.5和3.0;并將此值推廣應(yīng)用到任何載荷情況下的壓力容器及其部件，對(duì)相關(guān)應(yīng)力強(qiáng)度要求: A. S1.0Sm (Pm) B. S1.5Sm (PL+Pb) C. S3.0Sm (PL+Pb+Q) 實(shí)際結(jié)構(gòu)的幾何形狀與應(yīng)力分布各不相同,垮塌機(jī)構(gòu)形式和應(yīng)力重分布過程也各不相同,大多數(shù)結(jié)構(gòu)關(guān)于準(zhǔn)則B 的系數(shù)是在1.12.5之間.如對(duì)錐形過渡段小端

41、應(yīng)為1.11.2。 對(duì)于準(zhǔn)則C,某些尺寸的橢球形封頭壓力容器的安定壓力低于準(zhǔn)則C 給出的容許值;對(duì)于圓柱殼開孔接管為安全也將系數(shù)由3.0改為2.6（JB4732標(biāo)準(zhǔn)之附錄J)。 總的來說,標(biāo)準(zhǔn)這樣處理(采用A、B、C式）對(duì)大多數(shù)結(jié)構(gòu)仍是安全的。65設(shè)計(jì)載荷與操作載荷設(shè)計(jì)載荷 是用以確定元件厚度的最大載荷（或最小載荷） 即是和求取元件的應(yīng)力強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的載荷。操作載荷 是元件在實(shí)際操作中要計(jì)及在最大載荷與最小 載荷變化范圍的載荷，是和求取應(yīng)力強(qiáng)度范圍 相對(duì)應(yīng)的載荷。例：夾套容器 若 內(nèi)筒設(shè)計(jì)壓力取為1.05P1 外壓設(shè)計(jì)壓力取為1.25P2 內(nèi)筒作為內(nèi)壓容器進(jìn)行各項(xiàng)應(yīng)力強(qiáng)度校核時(shí)，取 P=1.05

42、P1p2p166控制 S KSm, S 1.5KSm, S 1.5KSm再用1.25P2作外壓校核。 * 對(duì)于條件 S 3Sm 它是由安定性原理控制；應(yīng)取操作載荷，取P1及-P2分別計(jì)算各項(xiàng)應(yīng)力，將各應(yīng)力分量在同方向疊加后（各應(yīng)力取同方向正應(yīng)力和負(fù)應(yīng)力二者代數(shù)值之和）。按應(yīng)力強(qiáng)度定義所組合成的即為應(yīng)力強(qiáng)度范圍，不同于應(yīng)力強(qiáng)度。 *對(duì)于條件 S Sa 采用操作載荷P1、P2分別計(jì)算包括峰值應(yīng)力在內(nèi)的應(yīng)力同上步驟求取應(yīng)力強(qiáng)度范圍。67 做結(jié)構(gòu)塑性分析是為了代替“彈性名義應(yīng)力法”給出的強(qiáng)度限制，指導(dǎo)思想是：哪條做了塑性分析，對(duì)應(yīng)的那一條就可以被替代，否則就應(yīng)保留。 如：做了極限載荷分析，求出極限載荷

43、 Ps，對(duì)于一次加載當(dāng)給定載荷 則可替代.項(xiàng)的限制。 若做了安定分析（對(duì)交變載荷）通過了，則可替代（不會(huì)產(chǎn)生塑性變形的積累）。：可代替彈性名義應(yīng)力方法規(guī)定的應(yīng)力強(qiáng)度限制。：不能代替一次加載反復(fù)68示 例180220400370 某換熱器，對(duì)殼體進(jìn)行強(qiáng)度校核。 條件：殼程壓力0.8 MPa、管程壓力0.82 MPa；半水煤氣進(jìn)口溫度180，出口溫度370； 變換氣進(jìn)口溫度400,出口溫度220；殼體內(nèi)徑Di=1000mm，厚度=4mm， 材料為16MnR；管束252.5 無縫管607根，長3m，材料20R；殼體設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度取Sm=140MPa， 彈性模量E=1.93105 MPa， 線膨脹系數(shù)=

44、1210-6/69解：在正常運(yùn)行時(shí)，殼體中將產(chǎn)生以下幾種應(yīng)力： 內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力；殼體與管板連接處因邊緣效應(yīng)引起的不 連續(xù)應(yīng)力；由于殼體與管子的溫差引起的熱應(yīng)力。（1）由內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力 符號(hào) ，左下角標(biāo)代表引起 應(yīng)力的原因，右下角標(biāo)代表應(yīng)力的方向；這里P 代表內(nèi)壓, 表示為環(huán)向。 內(nèi)壓引起殼體中的環(huán)向應(yīng)力與軸向應(yīng)力分別為（未考慮內(nèi)壓對(duì)管板的作用）： 這里：D=Di+=1004m70 這兩個(gè)應(yīng)力沿殼體壁厚是均勻分布的，并遍及全殼體，屬于一次總體薄膜應(yīng)力(Pm)。根據(jù)局部薄膜應(yīng)力(PL)的規(guī)定，在局部薄膜應(yīng)力區(qū)， Pm歸屬于PL。（2）由于邊緣效應(yīng)引起的不連續(xù)應(yīng)力根據(jù)7.6.3節(jié)，連接處由于

45、邊緣效應(yīng)引起的應(yīng)力(這里的方向、m方向?qū)?yīng)于7.6.3中的y方向與x方向)： 將泊松比=0.3代入上三式得：（內(nèi)壁取“+”號(hào)，外壁取“”號(hào)）（內(nèi)壁取“+”號(hào)，外壁取“”號(hào)）71 這三項(xiàng)應(yīng)力均發(fā)生在邊緣效應(yīng)區(qū)，其中 沿壁厚均勻分布，為一次局部薄膜應(yīng)力; 與 沿壁厚線性分布，為二次應(yīng)力。（3）由于殼體與管束的溫差引起的熱應(yīng)力 根據(jù)所給的兩種氣體進(jìn)出口溫度，其平均溫差由下式確定： 以此溫差作為殼體與管束之間的溫差計(jì)算殼中的熱應(yīng)力；殼體橫截面積As經(jīng)計(jì)算為：As=190cm2；管束橫截面積At經(jīng)計(jì)算為：At=1072cm2。 由溫差引起殼體的軸向熱應(yīng)力：內(nèi)壁內(nèi)壁72 殼體中的熱應(yīng)力為壓應(yīng)力,殼體受壓。該熱應(yīng)力沿殼體長度方向與壁厚方向均勻分布，按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,一切總體熱應(yīng)力均屬于二次應(yīng)力。 （4）確定應(yīng)力校核點(diǎn) 根據(jù)以上計(jì)算已可以看出，在殼體與管板連接處橫截面上應(yīng)力最大。其中一次應(yīng)力(整體與局部)沿壁厚均勻分布,故在截面上各點(diǎn)危險(xiǎn)程度相同。二次應(yīng)力中 的沿壁厚線性分布,外壁受壓,內(nèi)壁受拉；熱應(yīng)力在各處均為壓應(yīng)力,三者綜合作用的結(jié)果在殼體與管板連接處截面內(nèi)壁應(yīng)力最大,應(yīng)對(duì)此進(jìn)行校核。由于殼體軸對(duì)性實(shí)際上變?yōu)閷?duì)一點(diǎn)處的校核。73應(yīng)力產(chǎn)生的原因一