壓力容器應力分類及限制

1、壓力容器應力分類及限制.設(shè)計方法常規(guī)設(shè)計 壓力容器設(shè)計基本上是采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法一“常 規(guī)設(shè)計”。常規(guī)設(shè)計是基于彈性失效準則，認為容器內(nèi)某一最大 應力點一旦達到屈服限，進入塑性，喪失了純彈性狀態(tài)即為失效。 在分析方法上它是以板殼薄膜理論的簡化為基礎(chǔ)的，不考慮邊緣 應力、局部應力及溫差應力，也不考慮交變載荷引起的疲勞問題， 所有類型的應力均采用統(tǒng)一的許用應力值，為了保證安全，通常 采用較高的安全系數(shù)。分析設(shè)計 “分析設(shè)計”從設(shè)計思想上來說，就是放棄了傳統(tǒng) 的彈性失效準則，采用彈塑性或彈性失效準則，允許結(jié)構(gòu)出現(xiàn)可 控制的局部塑性區(qū)，采用這個準則，可以合理地放松對計算應力 的過嚴限制，適當?shù)靥岣吡嗽S

2、用應力值，但又嚴格地保證了結(jié)構(gòu) 的安全性。.應力分類一次應力 一次應力是平衡壓力與其它機械載荷所必須的 應力，它是維持結(jié)構(gòu)各部分平衡需要的，一次應力沒有“自限性”， 所引起的塑性流動是不可限制的，不能靠本身的屈服變形來限制其大 小，當塑性區(qū)擴展到極限狀態(tài)，即使載荷不在增加，結(jié)構(gòu)仍產(chǎn)生不可 限制的塑性流動，直至破壞。一次應力分為一次總體薄膜應力Pm一次彎曲應力Pb局部薄膜應力P二次應力Q二次應力是滿足元件間的約束及結(jié)構(gòu)自身變形連續(xù)要求所需的 應力，它是同一次應力一起滿足變形的相互協(xié)調(diào)，在材料有足夠的延 性條件下，當二次應力處的局部材料發(fā)生屈服而進入塑性狀態(tài)時，使 彈性約束得到緩解，二次應力不再上

3、升，原來不同的變形得到協(xié)調(diào)， 結(jié)果二次應力自動限制，這就是二次應力的自限性。二次應力還具有局部性，在連接處具有較高的峰值，但其作用范 圍不大隨離開邊緣的距離增大而迅速衰減。例如離圓筒與封頭連接處 為2.5VR6時彎曲應力已降低到應力峰值的5%。屬于二次應力的如封頭與筒體連接處的總體不連結(jié)構(gòu)在內(nèi)壓作 用下由于邊緣剪力和彎矩在筒體或封頭上所應起的彎曲應力（邊緣應 力），換熱器在管殼上的溫差應力（熱應力）均屬二次應力。.邊緣應力的基本概念當圓筒形殼與圓球形殼或橢圓形殼相連的零部件受壓后，各自產(chǎn) 生的變形是不一致的，稱為變形不連續(xù)。但們們是連成一體的，兩連 接處附近接處附近將相互產(chǎn)生約束，除內(nèi)壓產(chǎn)生的

4、膨脹外，還會產(chǎn)生 附加的彎曲變形。與彎曲相對應，殼壁內(nèi)將產(chǎn)生彎矩和剪力，對薄壁 殼體來說，由此產(chǎn)生的彎曲應力有時比薄膜應力大得多，兩連接件剛 度相差越大，產(chǎn)生的應力也將越大。在實際結(jié)構(gòu)中，成以圓筒與平蓋連接時的邊緣應力為最大。該應力由于只發(fā)生在兩連接件的邊界處，所以稱為邊緣效應力或稱為不連續(xù)應力。1） 邊緣應力的特性由邊緣力和邊緣力矩引起的邊緣力具有以下兩個特點：（1）局限性（2）自限性2） 設(shè)計中對邊緣應力的考慮（1）由于邊緣應力具有局限性，設(shè)計中可以在結(jié)構(gòu)上只作局部處理， 例如改變連接處的結(jié)構(gòu)，保證邊緣焊接的質(zhì)量，降低邊緣區(qū)的 殘余應力，避免邊緣區(qū)附加的局部應力集中（如應避免在邊緣 區(qū)開孔

5、。）（2）只要是塑性材料，即使邊緣區(qū)應力超過材料的屈服極限，鄰近 尚未屈服的彈性區(qū)能夠限制塑性變形的發(fā)展，使容器仍處于安 定狀態(tài)（安定性理論）。故大多數(shù)塑性材料所制成的容器，如低 碳鋼、奧氏體不銹鋼。當受靜載荷時，除在結(jié)構(gòu)上需作某些處 理外，一般并不對邊緣應力作特殊考慮。（3）在下列情況下應考慮邊緣應力a塑性較差的高強度鋼制壓力容器b低溫下操作的鐵素體制的重要壓力容器受疲勞載荷作用的壓力容器受核幅射作用的壓力容器這些壓力容器，若不注意控制邊緣應力，在邊緣高應力區(qū)有可 能導致脆性破壞或疲勞。因此必須正確計算邊緣應力并按 JB4732-95鋼制壓力容器分析設(shè)計進行設(shè)計。峰值應力F峰值應力附加在一次和二次應力之上的應力增量，此增量源與局 部不連續(xù)的影響。他不會引起任何明顯變形而使整個斷面實效。它 僅僅是疲勞裂紋產(chǎn)生的根源。這類應