壓力容器應力分析典型局部應力

壓力容器應力分析典型局部應力2024/3/25壓力容器應力分析典型局部應力2.6.1概述2.6.2受內(nèi)壓殼體與接管連接處的局部應力主要內(nèi)容2.6.3降低局部應力的措施

壓力容器應力分析典型局部應力局部應力的產(chǎn)生設備的自重、物料的重量、管道及附件的重量、支座的約束反力、溫度變化引起的載荷等在壓力作用下，壓力容器材料或結(jié)構不連續(xù)處，在局部區(qū)域產(chǎn)生的附加應力，如截面尺寸、幾何形狀突變的區(qū)域、兩種不同材料的連接處等2.6.1

概述一、局部應力的產(chǎn)生局部載荷附加應力壓力容器應力分析典型局部應力二、局部應力的危害性局部應力的危害性與

材料韌性載荷形式大小載荷作用處的局部結(jié)構形狀和尺寸有關危害性過大的局部應力使結(jié)構處于不安定狀態(tài)，在交變載荷下，易產(chǎn)生裂紋，可能導致疲勞失效。壓力容器應力分析典型局部應力2.6.2受內(nèi)壓殼體與接管連接處的局部應力

由于幾何形狀及尺寸的突變，受內(nèi)壓殼體與接管連接處附近的局部范圍內(nèi)會產(chǎn)生較高的不連續(xù)應力。工程常用方法

應力集中系數(shù)法數(shù)值解法實驗測試法經(jīng)驗公式理論分析方法薄膜解彎曲解壓力容器應力分析典型局部應力一、應力集中系數(shù)法1、應力集中系數(shù)——受內(nèi)壓殼體與接管連接處的最大彈性應力

——該殼體不開孔時的環(huán)向薄膜應力通過理論計算，數(shù)據(jù)整理，得到一系列曲線。通過應力集中系數(shù)曲線圖查Kt，就可得到最大應力壓力容器應力分析典型局部應力應力集中系數(shù)曲線圖中是開孔系數(shù)，r：接管平均半徑，R：殼體平均半徑，T：殼體壁厚。

為邊緣效應的衰減長度。故開孔系數(shù)表示開孔大小和殼體局部應力衰減長度的比值。

壓力容器應力分析典型局部應力Kt隨著開孔系數(shù)的增大而增大隨壁厚比t/T的增大而減小內(nèi)伸式接管的應力集中系數(shù)較小即：增大接管和殼體的壁厚，減小接管半徑，有利于降低應力集中系數(shù)壓力容器應力分析典型局部應力球殼帶接管的應力集中系數(shù)曲線適用范圍：

壓力容器應力分析典型局部應力壓力容器應力分析典型局部應力只要將橢圓曲率半徑折算成球的半徑（當量半徑），就可采用球殼上接管連接處局部應力的計算方法。

橢圓形封頭上接管連接處的局部應力壓力容器應力分析典型局部應力2、應力指數(shù)法

與應力集中系數(shù)曲線不同的是：考慮了連接處的三個應力：經(jīng)向應力徑向應力法向應力（見圖2-49）美國壓力容器研究委員會提出壓力容器應力分析典型局部應力應力指數(shù)————所考慮的各應力分量與殼體在無開孔接管時的環(huán)向應力之比。應力指數(shù)法已列入中國、美國、日本等國家壓力容器分析設計標準。見《鋼制壓力容器——分析設計標準》P159壓力容器應力分析典型局部應力二、經(jīng)驗公式綜合試驗研究、數(shù)值計算、理論分析，用無因次參量表示應力集中系數(shù)Rodabaugh和Decock公式，分別具有各自的使用范圍。壓力容器應力分析典型局部應力三、數(shù)值計算

應力數(shù)值計算的方法比較多，如差分法、變分法、有限單元法和邊界元法等。但目前使用最廣泛的是有限單元法。有限單元法的基本思路：將連續(xù)體離散為有限個單元的組合體，以單元結(jié)點的參量為基本未知量，單元內(nèi)的相應參量用單元結(jié)點上的數(shù)值插值，將一個連續(xù)體的無限自由度問題變成有限自由度的問題，再利用整體分析求出未知量。顯然，隨著單元數(shù)量的增加，解的近似程度將不斷改進，如單元滿足收斂要求，近似解也最終收斂于精確解。壓力容器應力分析典型局部應力四、應力測試１電測法用實驗應力分析的方法直接測量計算部位的應力，是驗證計算結(jié)果可靠性的有效方法。2光彈性法常用實驗應力分析方法測試機理及特點和注意事項參見教材P82壓力容器應力分析典型局部應力2.6.3降低局部應力的措施方法合理的結(jié)構設計減少附件傳遞的局部載荷盡量減少結(jié)構中的缺陷一、合理的結(jié)構設計（1）減少兩連接件的剛度差（2）盡量采用圓弧過渡（3）局部區(qū)域補強（4）選擇合適的開孔方位壓力容器應力分析典型局部應力（1）減少兩連接件的剛度差兩連接件變形不協(xié)調(diào)會引起邊緣應力。殼體的剛度與材料的彈性模量、曲率半徑、壁厚等因素有關。設法減少兩連件的剛度差，是降低邊緣應力的有效措施之一。（2）盡量采用圓弧過渡幾何形狀或尺寸的突然改變是產(chǎn)生應力集中的主要原因之一。在結(jié)構不連續(xù)處應盡可能采用圓弧或經(jīng)形狀優(yōu)化的特殊曲線過渡。壓力容器應力分析典型局部應力（3）局部區(qū)域補強：在有局部載荷作用的殼體處，適當給以補強。例如，殼體與吊耳的連接處、臥式容器與鞍式支座連接處，在殼體與附件之間加一塊墊板，可以有效地降低局部應力。（4）選擇合適的開孔方位：根據(jù)載荷的情況，選擇適當?shù)拈_孔位置、方向和形狀。如橢圓孔的長軸應與開孔處的最大應力方向平行，孔盡量開在原來應力水平比較低的部位，以降低局部應力。壓力容器應力分析典型局部應力二、減少附件傳遞的局部載荷如果對與殼體相連的附件采取一定的措施，就可以減少附件所傳遞的局部載荷對殼體的影響，從而降低局部應力。例如：

●對管道、閥門等設備附件設置支