工業(yè)鍋爐第6章受壓元件強(qiáng)度計(jì)算

第六章受壓元件強(qiáng)度計(jì)算16－1概述（1）受壓元件承受內(nèi)壓力（工質(zhì)壓力）以及附加載荷的汽水系統(tǒng)元件工質(zhì)壓力

正常運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定的工作壓力鍋爐啟停過(guò)程中壓力的升降水壓試驗(yàn)過(guò)程中壓力的變化附加載荷

均勻外載（元件自重，工質(zhì)重量）局部集中外載（支撐，拉撐和懸掛）熱應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)鍋筒，集箱，管子26－1概述（2）塑性，蠕變，脆性，低周期疲勞極限、腐蝕受壓元件特點(diǎn)

經(jīng)常處于高溫高壓受壓元件強(qiáng)度

受壓元件壽命期內(nèi)及正常工作條件下，不發(fā)生破壞（失效）能力強(qiáng)度計(jì)算目的合理選用鋼材（保證安全＋節(jié)省鋼材）合理設(shè)計(jì)鍋爐合理運(yùn)行方式強(qiáng)度計(jì)算任務(wù)設(shè)計(jì)計(jì)算：工作壓力＋壁溫＋鋼材＋結(jié)構(gòu)壁厚校核計(jì)算：材料＋結(jié)構(gòu)允許壓力36－1概述（3）強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

GB9222—88《水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》JB3622—84《鍋殼式鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》《蒸汽鍋爐安裝技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》《中低壓鍋爐焊接管孔尺寸》強(qiáng)度控制原則控制極限應(yīng)力：內(nèi)壁的最大應(yīng)力（脆性材料）控制極限載荷：工作壓力小于極限壓力（塑性材料）46－2金屬機(jī)械性能（1）材料強(qiáng)度承受一定形式的外力作用而不被破壞的能力金屬機(jī)械性能承受某種形式的外力作用時(shí)所表現(xiàn)出的力學(xué)特性彈性變形載荷除去后即行消失的變形塑性變形載荷除去后并不消失而殘留的變形56－2金屬機(jī)械性能（2）－冷態(tài)（1）彈性極限σd

彈性變形的極限點(diǎn)屈服極限σs或σ0.2

試件喪失抵抗變形的能力開(kāi)始發(fā)生塑性變形抗拉強(qiáng)度σb

試件能承受的最大應(yīng)力最終拉斷時(shí)的應(yīng)力（出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象）虎克定律σ＝EsE：材料彈性模數(shù)s：應(yīng)變66－2金屬機(jī)械性能（3）－冷態(tài)（2）延伸率δ

拉伸試驗(yàn)中試件斷裂時(shí)的相對(duì)伸長(zhǎng)量與原始長(zhǎng)度之比

（產(chǎn)生塑性變形的能力）斷面收縮率ψ

拉伸試驗(yàn)中試件斷裂時(shí)斷面縮小值與原有截面之比（產(chǎn)生塑性變形的能力）沖擊值αk

試件破壞時(shí)單位面積所需消耗的能量（抵抗沖擊載荷的能力，韌性或脆性）76－2金屬機(jī)械性能（4）－冷態(tài)（3）應(yīng)力集中金屬材料在斷面突變的部位，局部區(qū)域的應(yīng)力明顯超過(guò)平均值

應(yīng)力集中系數(shù)最大應(yīng)力σmax與平均應(yīng)力σ0之比局部屈服

σmax大于σs，最大應(yīng)力點(diǎn)局部屈服（不會(huì)使材料破壞）

86－2金屬機(jī)械性能（5）－熱態(tài)（1）溫度升高（低溫區(qū)）抗拉強(qiáng)度升高塑性下降時(shí)效硬化（藍(lán)脆性）溫度升高，σs降低高溫沒(méi)有屈服平臺(tái)96－2金屬機(jī)械性能（6）－熱態(tài)（2）蠕變塑性變形隨時(shí)間延長(zhǎng)而不斷加大高溫應(yīng)力彈性變形期oa蠕變減速期ab蠕變等速期bc蠕變加速期cd室溫下也會(huì)有蠕變不同材料蠕變曲線不同同材料不同溫度和應(yīng)力蠕變曲線不同106－2金屬機(jī)械性能（7）－熱態(tài)（3）蠕變極限某溫度下在指定工作期間內(nèi)引起允許總應(yīng)變的應(yīng)力持久強(qiáng)度σD

某溫度下經(jīng)歷指定工作期限后不引起蠕變破斷的最大應(yīng)力考慮變形考慮破壞，與抗拉強(qiáng)度和屈服極限組成基本指標(biāo)疲勞承受周期重復(fù)應(yīng)力時(shí)在低于抗拉強(qiáng)度甚至屈服極限載荷下?lián)p壞疲勞極限σp

允許的一定次數(shù)重復(fù)應(yīng)力循環(huán)作用下不使金屬破壞的最大應(yīng)力116－2金屬機(jī)械性能（8）－強(qiáng)度理論（1）強(qiáng)度理論脆性斷裂理論最大拉應(yīng)力理論（第一強(qiáng)度理論）最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論（第二強(qiáng)度理論）塑性屈服理論最大剪應(yīng)力理論（第三強(qiáng)度理論）形狀改變比能理論（第四強(qiáng)度理論）破壞形式脆性斷裂塑性屈服126－2金屬機(jī)械性能（9）－強(qiáng)度理論（2）最大拉應(yīng)力理論

只要最大拉應(yīng)力達(dá)到極限值，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論（用于混凝土）只要最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變達(dá)到極限值，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂最大剪應(yīng)力理論只要最大剪應(yīng)力達(dá)到極限值，就發(fā)生屈服破壞形狀改變比能理論只要形狀改變比能達(dá)到極限值，就發(fā)生屈服破壞無(wú)論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)鍋筒，集箱，管子，管道136－3安全系數(shù)與許用應(yīng)力許用應(yīng)力

[σ]=η[σ]j

η：基本許用應(yīng)力修正系數(shù)[σ]j：基本許用應(yīng)力基本許用應(yīng)力[σ]jσbt&nb：抗拉強(qiáng)度及其安全系數(shù)（2.7）σst&ns：屈服強(qiáng)度及其安全系數(shù)（1.5）σDt&nD：持久強(qiáng)度及其安全系數(shù)（1.5）

（P121更正為105小時(shí)）146－4圓筒形元件強(qiáng)度計(jì)算（1）應(yīng)力分析條件兩端封閉的沒(méi)有減弱的薄壁容器（S<<D）承受內(nèi)壓力的作用且主要產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)和徑向脹大的變形破壞變形以塑性流動(dòng)和剪切的破壞為主按照切向σ1

、軸向σ2和徑向σ3三種應(yīng)力進(jìn)行分析應(yīng)力分析結(jié)果環(huán)向（切向）應(yīng)力＝2×縱向（軸向）應(yīng)力管子裂口縱向，縱向焊縫更危險(xiǎn)，環(huán)向孔排密集σ1

>σ2>σ3156－4圓筒形元件強(qiáng)度計(jì)算（2）強(qiáng)度條件

受力分析許用剪應(yīng)力與單向拉伸的許用拉應(yīng)力166－4圓筒形元件強(qiáng)度計(jì)算（3）最小需要壁厚Smin

Smin＝Sl＋c（c:附加壁厚）實(shí)際選用壁厚SSmin附加壁厚c＝c1＋c2＋c3壁厚計(jì)算（設(shè)計(jì)計(jì)算）理論計(jì)算壁厚

Sl

以內(nèi)徑表示以外徑表示c1：腐蝕減薄的附件壁厚c2：鋼板或鋼管的壁厚負(fù)偏差c3：卷板的工藝減薄值176－4圓筒形元件強(qiáng)度計(jì)算（4）壁厚計(jì)算使用范圍對(duì)筒體外徑和內(nèi)徑比值的限制對(duì)筒體橢圓度的限制對(duì)不等壁厚筒體聯(lián)接過(guò)渡段梯度的限制186－4圓筒形元件強(qiáng)度計(jì)算（5）有效壁厚Sy＝S－c允許壓力計(jì)算（校核計(jì)算）以內(nèi)徑表示以外徑表示196－5鍋筒、集箱及管子的強(qiáng)度計(jì)算（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鍋筒等開(kāi)設(shè)孔排（密集）或孤立孔有效承載截面積減小筒體強(qiáng)度降低206－5鍋筒、集箱及管子的強(qiáng)度計(jì)算（2）壁厚計(jì)算（設(shè)計(jì)計(jì)算）最小減弱系數(shù)φmin焊縫減弱系數(shù)φh焊縫處開(kāi)孔φmin×φh

216－5鍋筒、集箱及管子的強(qiáng)度計(jì)算（3）有效壁厚Sy＝S－c允許壓力計(jì)算（校核計(jì)算）以內(nèi)徑表示以外徑表示226－5鍋筒、集箱及管子的強(qiáng)度計(jì)算（4）使用范圍相鄰兩孔節(jié)距較近（排列密集）孤立孔采用孔加強(qiáng)中部不受影響236－5鍋筒、集箱及管子的強(qiáng)度計(jì)算（5）最大最小壁厚薄：局部塌陷，變形過(guò)大（不小于6mm或12mm）厚：熱應(yīng)力，低周疲勞246－6封頭的強(qiáng)度計(jì)算（1）封頭分類(lèi)類(lèi)別受力壁厚凸形封頭（橢球，球形）張力沿壁厚均勻與筒體基本相同平封頭彎曲力沿壁厚不均勻大于筒體壁厚256－6封頭的強(qiáng)度計(jì)算（2）計(jì)算特點(diǎn)類(lèi)別無(wú)孔有孔凸形封頭（橢球，球形）形狀系數(shù)減弱系數(shù)增大封頭厚度平封頭結(jié)構(gòu)系數(shù)結(jié)構(gòu)系數(shù)266－7孔的加強(qiáng)（1）背景及必要性開(kāi)孔應(yīng)力集中孔徑應(yīng)力集中系數(shù)（開(kāi)孔直徑大于最大允許開(kāi)孔直徑）增加壁厚或孔加強(qiáng)276－7孔的加強(qiáng)（2）未加強(qiáng)孔種類(lèi)脹接孔、螺栓孔、手孔等機(jī)械加工開(kāi)孔接頭與筒體、集箱箱體和封頭的連接是單面填角焊縫采用加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的孔的加強(qiáng)但不能滿足條件的孔未加強(qiáng)孔的最大允許開(kāi)孔直徑（不影響筒體強(qiáng)度的最大開(kāi)孔直徑，最大限度200mm）286－7孔的加強(qiáng)（3）孔加強(qiáng)計(jì)算原則等面積加強(qiáng)法加強(qiáng)面積不少于加強(qiáng)所需要的面積（由于開(kāi)孔減少的面積）F1+F2+F3+F4大于或等于FF：加