力學(xué)與強(qiáng)度教案（鍋爐、壓力容器、壓力管道）

力學(xué)與強(qiáng)度

（教案）

主要內(nèi)容

第一部分材料力學(xué)基本知識(shí)

一、構(gòu)件的承載方式

二、應(yīng)力與應(yīng)變

三、低碳鋼的拉伸試驗(yàn)及其機(jī)械性能

四、拉伸和壓縮的強(qiáng)度條件

五、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)

六、強(qiáng)度理論

第二部分鍋爐壓力容器壓力管道強(qiáng)度概論

一、鍋爐壓力容器壓力管道載荷種類

二、鍋爐壓力容器壓力管道常規(guī)設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度控制原則（名義應(yīng)力）

三、邊緣應(yīng)力

四、分析設(shè)計(jì)中的應(yīng)力分類與控制原則

五、熱應(yīng)力

六、應(yīng)力集中與疲勞

七、有限元方法在鍋爐壓力容器應(yīng)力分析中的應(yīng)用

第一部分材料力學(xué)基本知識(shí)

一、構(gòu)件的承載方式

構(gòu)件的簡(jiǎn)單承載方式分為：拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)。下

面以桿件分別予以說(shuō)明。

基本變形,形,式

表1-1桿件的基本變形形式

?桿件受到作用線與桿軸線重合的大小相等，方向相反的拉力，這

時(shí)桿件承受拉伸作用，其變形稱為拉伸變形。

?桿件受到作用線與桿軸線重合的大小相等，方向相反的壓力，這

時(shí)桿件承受壓縮作用，其變形稱為壓縮變形。

?桿件承受與其軸線垂直的力的作用，或承受彎矩作用，這時(shí)桿件

承受彎曲作用，產(chǎn)生的變形稱為彎曲變形。

?桿件受到作用線與桿軸線垂直，距離很近的大小相等、方向相反

的兩個(gè)力的作用時(shí)，這時(shí)桿件承受剪切作用，產(chǎn)生的變形稱為剪切變

2

形。

?桿件受到在垂直于桿軸平面內(nèi)的大小相等、轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)力偶

作用，桿件則承受扭轉(zhuǎn)作用，產(chǎn)生的變形稱為扭轉(zhuǎn)變形。

復(fù)雜承載狀況往往是上述幾種承載形式的組合，或同一種或幾種

承載方式在不同方向上的組合。如汽車的驅(qū)動(dòng)軸同時(shí)承受扭轉(zhuǎn)、彎曲、

剪切作用。再如氣瓶的圓筒部分承受沿軸向和環(huán)向雙向拉伸作用。

二、應(yīng)力與應(yīng)變

物體承受外載荷后，在其剖面上存

在內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，

根據(jù)剖面的方向不同和載荷的類型不

同，在剖面上存在垂直于剖面方向拉、

壓應(yīng)力(稱正應(yīng)力)和平行于剖面方向

的剪應(yīng)力作用。以桿件拉伸為例加以介

紹。

研究圖l—l(a)所示的桿件ABo桿圖1-1桿受力分析

件承受拉伸載荷P,我們用與軸線垂直的平面mn將桿件分割，在橫

截面存在內(nèi)力N。如橫截面面積為A,則作用在單位橫截面面積上的

內(nèi)力的大小為:

。=4=與

AA(1-1)

式中。稱為截面上的正應(yīng)力，方向垂直于橫截面。

3

桿件在拉伸或壓縮時(shí)，其長(zhǎng)度將發(fā)生改變，若桿件原長(zhǎng)為L(zhǎng),受

軸向拉伸后其長(zhǎng)度變?yōu)長(zhǎng)+AL,AL稱為絕對(duì)伸長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)表明，用同

樣材料制成的桿件，其變形量與應(yīng)力的大小及桿件原長(zhǎng)有關(guān)。截面積

相同、受力相等的條件下，桿件越長(zhǎng)，絕對(duì)伸長(zhǎng)越多。為了確切地表

示變形程度，引入單位長(zhǎng)度上的伸長(zhǎng)量：

AL

￡=--

L（1-2）

式中￡稱為相對(duì)伸長(zhǎng)或線應(yīng)變，它是一個(gè)沒(méi)有單位的數(shù)量。

三、低碳鋼的拉伸試驗(yàn)及其機(jī)械性能

金屬在拉伸和壓縮時(shí)的機(jī)械性能是正確設(shè)計(jì)、安全使用機(jī)器設(shè)備

零件的重要依據(jù)。材料的機(jī)械性能只有在受力作用時(shí)才能顯示出來(lái)，

所以它們都是通過(guò)各種試驗(yàn)測(cè)定的。測(cè)定材料性能的試驗(yàn)種類很多，

最常用的幾項(xiàng)性能指標(biāo)是通過(guò)拉伸測(cè)出。

實(shí)驗(yàn)表明，桿件拉伸或壓縮時(shí)的變形和破壞，不僅和受力的大小

有關(guān)，而且和材料的性能有關(guān)。低碳鋼是工程上最常用的材料，它們

的機(jī)械性能也比較典型。下面重點(diǎn)討R

論低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)。.工丁:￡

試件是按標(biāo)準(zhǔn)尺寸制作的，以便能一~~一

圖1-2拉伸標(biāo)準(zhǔn)試件

統(tǒng)一比較實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。對(duì)于圓形截面

拉伸標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)距L。與直徑或之間有如下關(guān)系（圖1-2）。

長(zhǎng)試件：4）=短試件：L（）=5d（）

規(guī)定慮=10mm

實(shí)驗(yàn)時(shí)，先量出試件的標(biāo)距L。和直徑段，然后將試件裝在材料試

4

驗(yàn)機(jī)上，啟動(dòng)加力機(jī)構(gòu)，緩慢增加拉力尸直至斷裂為止。在加力過(guò)程

中隨時(shí)記錄載荷P和相應(yīng)的變形量4的數(shù)值。同時(shí)還要注意觀察試

件變形和破壞的現(xiàn)象。

目前的材料試驗(yàn)機(jī)均配有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)

PA

計(jì)算機(jī)采數(shù)，可采集載荷P和位移4,在坐標(biāo)紙上以橫坐標(biāo)表示4,

縱坐標(biāo)表示P,畫出試件的受力與變形關(guān)系的曲線，這個(gè)曲線稱為拉

伸曲線。圖1-3所示為低碳鋼的拉伸曲線。

拉伸試驗(yàn)所得結(jié)果可以通過(guò)P-AL曲線全面反映出來(lái)，但是用它

來(lái)直接定量表達(dá)材料的某些機(jī)械性質(zhì)還不甚方便。因?yàn)椴牧霞词挂?/p>

樣，但試件尺寸不同時(shí)，我們會(huì)得到不同的曲線。為排除試件

尺寸的影響，將圖的坐標(biāo)進(jìn)行變換：縱坐標(biāo)尸除以試件原有橫截面面

積，變換成應(yīng)力，橫坐標(biāo)4除以試件原長(zhǎng)L（?變換成應(yīng)變反這樣

得到的曲線就與試件尺寸無(wú)關(guān)，稱為應(yīng)力-應(yīng)變圖（圖1-4）,它直接

反映了材料的機(jī)械性能。下面就以應(yīng)力-應(yīng)變圖為根據(jù)來(lái)分析低碳鋼

拉伸時(shí)表現(xiàn)出的主要機(jī)械性能。

圖1一4為低碳鋼拉伸的應(yīng)力應(yīng)變曲線。顯然它與載荷位移曲線相

似。這條曲線大體上可以分成四個(gè)階段：OA、BC、CD、DEo下面

5

逐段進(jìn)行分折。

1.彈性變形階段

在圖上，OA這段表示彈性階段。在這個(gè)階段內(nèi)，變形是完全

彈性的。即如果在試件上加載，使其應(yīng)力不超過(guò)A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，

那么卸載后試件將完全恢復(fù)原來(lái)形狀。因此A點(diǎn)所示的應(yīng)力是保證

材料不發(fā)生不可恢復(fù)變形的最高限值，我們稱這個(gè)應(yīng)力值為材料的彈

性極限，用與表示。例如Q235-A鋼的與=200MPao

在彈性階段內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即

G=E-￡(1-3)

式中E為比例常數(shù)，稱為材料的彈性模量，為材料常數(shù)。材料￡

值的大小反映的是材料抵抗彈性變形能力的高低。E的單位與應(yīng)力相

同。低碳鋼的E=(2.0~2.1)xl()5MPa,其它材料的E值可查材料手冊(cè)。

以上我們所討論的變形都是指桿的軸向伸長(zhǎng)或縮短，實(shí)際上當(dāng)桿

沿軸向(縱向)伸長(zhǎng)時(shí)，其橫向尺寸將縮小；反之，當(dāng)桿受到壓縮時(shí)，

其橫向尺寸將增大。設(shè)桿的原直徑為d,受拉伸后直徑縮小為由，則

其橫向收縮應(yīng)為：

△d=dT-

Nd,

令A(yù)丁=￡(1-4)

稱￡'為橫向線應(yīng)變。當(dāng)桿受拉伸時(shí)，其縱向線應(yīng)變”空為正值，其橫

品

向線應(yīng)變^為負(fù)值。

試驗(yàn)已證明，彈性階段拉(壓)桿的橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比的絕對(duì)

值是一個(gè)常數(shù)，即

V=(1-5)

6

V稱為橫向變形系數(shù)或泊桑比，是一無(wú)量綱的量，其數(shù)值隨材料而

異，也是通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定的。表1-2給出常用材料彈性模量及橫向變形

系數(shù)的值。

表1-2常用材料彈性模量及橫向變形系數(shù)的值

彈性模量E

材料名稱牌號(hào)泊桑比

(105MPa)

低碳鋼2.0~2.10.24-0.28

中碳鋼452.05

低合金鋼16Mn2.00.25-0.30

合金鋼40CrNiMoA2.1

灰口鑄鐵0.6-1.620.23-0.27

球墨鑄鐵1.5~1.8

鋁合金LY120.710.33

硬質(zhì)合金3.8

混凝土0.152-0.360.16-0.18

木材(順紋)0.09-0.12

2.屈服階段、屈服極限5

應(yīng)力超過(guò)彈性極限以后，曲線上升坡度變緩，很快我們就發(fā)現(xiàn)，

在B點(diǎn)附近，試件的應(yīng)變量是在應(yīng)力基本保持不變的情況下不斷增

長(zhǎng)。這種現(xiàn)象說(shuō)明，當(dāng)試件內(nèi)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值6時(shí)，

材料抵抗變形的能力暫時(shí)消失了，它不再像彈性階段，隨著變形量的

增大而不斷增大抗力了。于是人們就形象地比喻說(shuō)，材料這時(shí)對(duì)外力

“屈服”了，并把出現(xiàn)這種現(xiàn)象的最低應(yīng)力值5稱作材料的屈服極限。

例如Q235-A鋼的5=235MPa。試件內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到屈服極限以后所發(fā)

7

生的變形，經(jīng)試驗(yàn)證明是不可恢復(fù)的變形，這時(shí)即使將外力卸掉，試

件也不會(huì)完全恢復(fù)原來(lái)的形狀。

材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，就會(huì)有較大的塑性變形。這對(duì)一般零件都是

不允許的。因此，一般認(rèn)為應(yīng)力到達(dá)屈服極限是材料喪失工作能力的

標(biāo)志。一般零件的實(shí)際工作應(yīng)力，都必須低于5。

對(duì)于沒(méi)有明顯屈服極限的材料，規(guī)定用出現(xiàn)0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)

力作為名義屈服極限，用，.2表示。

3.強(qiáng)化階段、強(qiáng)度極限⑦

曲線過(guò)C點(diǎn)以后，又逐漸上升，表示經(jīng)過(guò)屈服階段以后，材料又

顯示出抵抗變形的能力。這時(shí)要使材料繼續(xù)發(fā)生變形，就必需繼續(xù)增

加外力，這種現(xiàn)象稱為材料的強(qiáng)化現(xiàn)象。CD一段稱為強(qiáng)化階段。強(qiáng)

化階段的頂點(diǎn)D所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力是材料所能承受的最大應(yīng)力，稱為強(qiáng)

度極限，以仇表示。例如Q235-A鋼的s=375~500Mpa

4.頸縮階段、延伸率B和截面收縮率w

應(yīng)力到達(dá)強(qiáng)度極限時(shí)，試件不再均勻地變形，在試件某一部分的

截面，發(fā)生顯著的收縮，即所謂頸縮現(xiàn)象，見(jiàn)圖1-4。過(guò)了D點(diǎn)以

后，因頸縮處橫截面面積已顯著減小，抵抗外力的能力也繼續(xù)減小，

變形還是繼續(xù)增加，載荷下降，達(dá)到E點(diǎn)時(shí)，試件發(fā)生斷裂。

在圖1-4中，試件將要斷裂時(shí)的總應(yīng)變（包括彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)

變）為OF。在試件斷裂后，彈性應(yīng)變3=FG立即消失，而塑性應(yīng)變

年=OG遺留在試件上。

試件斷裂后所遺留下來(lái)的塑性變形的大小，可以用來(lái)表明材料的

塑性性能。一般有下面兩種表示方法：

延伸率6,以試件斷裂后的相對(duì)伸長(zhǎng)來(lái)表示，即

8

L-L

8=--------—x100%(1-6)

七0

式中L。是試件原來(lái)的標(biāo)距長(zhǎng)度，〃是指斷裂后試件量出的標(biāo)距長(zhǎng)度。

3值所反映的是材料在斷裂前最大能夠經(jīng)受的塑性變形量。3值越大，

說(shuō)明材料在斷裂前能夠經(jīng)受的塑性變形量越大，也就是說(shuō)材料的塑性

越好。所以b值是評(píng)價(jià)材料塑性好壞的一個(gè)指標(biāo)。通常將b>5%的材

料稱為塑性材料，如鋼、銅、鋁及塑料等；3V5%的材料稱為脆性材

料，如鑄鐵、陶瓷、混凝土、玻璃等。低碳鋼的6值可達(dá)20—30%,

被認(rèn)為具有良好的塑性。而灰鑄鐵的B值只有約1%,它被認(rèn)為是較

典型的脆性材料。

一般我們把具有較大B值的材料稱為塑性材料，反之則稱為脆性材

料。但是也應(yīng)該指出塑性材料在一定的條件下也會(huì)發(fā)生脆性斷裂，即

在不發(fā)生明顯變形的情況下突然斷裂。反之，脆性材料在某些特定受

力條件下也會(huì)產(chǎn)生較明顯的塑性變形。所以我們應(yīng)當(dāng)明確，依據(jù)常溫、

靜載、經(jīng)簡(jiǎn)單拉伸試驗(yàn)所作出的3值來(lái)區(qū)分材料塑性的好壞，雖然在

大多數(shù)情況下是可以的，但也不是絕對(duì)的，影響材料塑性的還有受力

狀態(tài)的因素和溫度。

試件在拉伸時(shí)，它的橫截面積要縮小，特別是縮頸處試件被拉斷

時(shí)，其橫截面積縮小得更多。所以也可用橫截面收縮率▼來(lái)表示材料

塑性的好壞，V的含意是：

A-A

\|/=-.......Lx100%(1-7)

A。

式中A。是試件原來(lái)的截面面積，A1是試件斷裂后頸縮處測(cè)得的最小

截面面積。低碳鋼的▼值約60%。

總結(jié)上述研究可以看出，反映材料機(jī)械性能的主要指標(biāo)是：

1.強(qiáng)度性能，用屈服極限5和強(qiáng)度極限5來(lái)表示，反映材料抵抗

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破壞的能力。

2.彈性性能，用彈性模量E來(lái)表示，反映材料抵抗彈性變形的能

力。

3.塑性性能，用延伸率3和截面收縮率w來(lái)表示，反映材料具有的

塑性變形的能力。

四、拉伸和壓縮的強(qiáng)度條件

如果直桿受到的是簡(jiǎn)單拉伸作用，應(yīng)力表達(dá)式為：

p

。=—(1-8)

A

隨著P力增大，桿內(nèi)應(yīng)力值跟著增加，從保證桿的安全工作出發(fā),

桿的工作應(yīng)力應(yīng)規(guī)定一個(gè)最高的允許值，這個(gè)允許值是建立在材料機(jī)

械性能基礎(chǔ)之上的，稱作材料的許用應(yīng)力，用⑹表示。

為了保證拉(壓)桿的正常工作，必須使其最大工作應(yīng)力不超過(guò)材料

在拉伸(壓縮)時(shí)的許用應(yīng)力，即

o<la](1-9)

或-<[o](1-10)

A

式(1-9)和式(1-10)都稱作受拉伸(壓縮)直桿的強(qiáng)度條件。意思就

是保證桿在強(qiáng)度上安全工作所必須滿足的條件。

不同材料在不同溫度下的許用應(yīng)力可以在標(biāo)準(zhǔn)上查到。

五、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)

在工程實(shí)際中，多數(shù)構(gòu)件受力情況比較復(fù)雜，通常在不同的方向

和不同位置承受不同種類的載荷。這樣反映到某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，則呈

現(xiàn)為復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)通常用微六面體表達(dá)。如圖1-5o

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正應(yīng)力——作用方

向與其作用平面垂直的

應(yīng)力稱為正應(yīng)力。通常

用。X、Oy、。z表示。

腳標(biāo)代表剪應(yīng)力的作用

方向。

剪應(yīng)力——作用方向與其作用平面平行的應(yīng)力稱為剪應(yīng)力。通常

用Txy、Txz、Tyz等表示，腳標(biāo)代表剪應(yīng)力的作用平面和方向。

最大剪應(yīng)力——在微六面體不同的截面上剪應(yīng)力不同，這樣在某

個(gè)平面上可能出現(xiàn)最大剪應(yīng)力。

主應(yīng)力剪應(yīng)力為零的平面上的正應(yīng)力稱為主應(yīng)力。用。1、

。2、。3表示。三個(gè)主應(yīng)力存在如下關(guān)系：。會(huì)。22。3，為。1叫

做最大主應(yīng)力。

確定了微六面體各平面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力后，就確定了該點(diǎn)的

應(yīng)力狀態(tài)。通過(guò)這些正應(yīng)力和剪應(yīng)力，可以用公式或程序計(jì)算三個(gè)主

應(yīng)力和最大剪應(yīng)力。這些公式及程序不再敘述。

六、強(qiáng)度理論

（一）強(qiáng)度理論的概念

材料的許多力學(xué)性能（4，外）是通過(guò)拉伸試驗(yàn)確定的，材料在試驗(yàn)

機(jī)上作拉伸試驗(yàn)時(shí)，試件內(nèi)各點(diǎn)均處于單向應(yīng)力狀態(tài)，如果所設(shè)計(jì)或

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校核的構(gòu)件其危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)也是處于單向應(yīng)力狀態(tài)，那么就可以

直接根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立強(qiáng)度條件。

但是工程中的許多構(gòu)件，其危險(xiǎn)點(diǎn)處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，例如受壓

容器的筒壁，它的危險(xiǎn)點(diǎn)就是處于二向應(yīng)力（對(duì)薄壁容器）或三向應(yīng)力

（對(duì)厚壁容器）狀態(tài)；車軸在彎曲和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用下危險(xiǎn)點(diǎn)處于二向

應(yīng)力狀態(tài)。這時(shí)材料的破壞顯然應(yīng)該和三個(gè)主應(yīng)力有關(guān)，如果仍然采

取直接試驗(yàn)的辦法來(lái)確定材料的極限應(yīng)力，那么就需要按照不同比值

的三個(gè)主應(yīng)力6、%和6進(jìn)行試驗(yàn)，由于各種比值的組合有無(wú)限多種

可能性，要進(jìn)行這樣多的試驗(yàn)是不切實(shí)際的。于是人們不得不轉(zhuǎn)向研

究材料破壞的類型及其原因。如果能夠找出同一類型破壞的共同因

素，不論產(chǎn)生這種破壞的構(gòu)件其危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)是單向的、二向的

或者是三向的，那么就可以通過(guò)在簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下所得的試驗(yàn)結(jié)果，

來(lái)推測(cè)材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度，從而進(jìn)一步建立相應(yīng)的強(qiáng)度條

件。

長(zhǎng)期以來(lái)人們根據(jù)對(duì)材料破壞現(xiàn)象的分析提出了各種假說(shuō)，認(rèn)為

材料的某一類型的破壞是由某種因素引起的，這種假說(shuō)通常就稱為強(qiáng)

度理論。一種強(qiáng)度理論是否能夠成立，或者是在什么樣的條件下能夠

成立，除了在提出這一理論時(shí)要有根據(jù)外，還應(yīng)經(jīng)受實(shí)踐的檢驗(yàn)。

（二）材料的兩種破壞形式

材料的破壞可分為兩類，即脆斷破壞和屈服破壞。

受到單向拉伸的塑性材料在斷裂之前會(huì)發(fā)生顯著的塑性變形，這

時(shí)構(gòu)件往往就失去了正常工作的能力，因而從工程意義上來(lái)說(shuō)，構(gòu)件

12

發(fā)生整體的或大范圍的塑性變形就算是一種破壞標(biāo)志，而不必等到出

現(xiàn)斷裂。

脆性材料受單向拉伸時(shí)，在斷裂之前并不發(fā)生明顯的塑性變形，

所以對(duì)于脆性材料，斷裂是破壞的標(biāo)志。但是塑性材料也會(huì)出現(xiàn)脆性

斷裂（即斷裂前不發(fā)生明顯的塑性變形），脆性材料也可能發(fā)生塑性變

形，這與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。一種材料在不同的應(yīng)力狀態(tài)下，可能發(fā)生不

同類型的破壞。譬如，塑性材料處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)下時(shí)，往往發(fā)

生脆性斷裂。而脆性材料如果處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，有時(shí)也會(huì)出

現(xiàn)明顯的塑性變形。

（三）四個(gè)基本的強(qiáng)度理論

1、最大拉應(yīng)力理論（第一強(qiáng)度理論）

這個(gè)理論在17世紀(jì)就已提出，是最早的強(qiáng)度理論，又稱第一強(qiáng)度

理論。提出這個(gè)理論的根據(jù)是：當(dāng)作用在構(gòu)件上的外力過(guò)大時(shí)，其危

險(xiǎn)點(diǎn)處的材料就會(huì)沿最大拉應(yīng)力所在截面發(fā)生脆斷破壞。這個(gè)理論對(duì)

于脆斷原因所作的假說(shuō)是：最大拉應(yīng)力?是引起材料脆斷破壞的因

素；也就是認(rèn)為不論在什么樣的應(yīng)力狀態(tài)下，只要構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的三

個(gè)主應(yīng)力中最大的拉應(yīng)力力到達(dá)材料的極限值%”材料就會(huì)發(fā)生脆

斷破壞。至于材料的極限值則可由通過(guò)任意一種使試件發(fā)生破壞的試

驗(yàn)來(lái)確定。

在簡(jiǎn)單拉伸試驗(yàn)中，三個(gè)主應(yīng)力有兩個(gè)是零，最大主應(yīng)力就是試

件橫截面上該點(diǎn)的應(yīng)力，當(dāng)這個(gè)應(yīng)力達(dá)到材料的極限強(qiáng)度與時(shí)，試

件就斷裂。因此，根據(jù)第一強(qiáng)度理論，通過(guò)簡(jiǎn)單拉伸試驗(yàn)，可知材料

13

的極限應(yīng)力就是外。于是在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，材料的破壞條件是

G\-Ob(a)

考慮安全系數(shù)以后的強(qiáng)度條件是

<T]<[<7](1-11)

應(yīng)該指出，上式中的力必須為拉應(yīng)力。在沒(méi)有拉應(yīng)力的三向壓縮應(yīng)

力狀態(tài)下，顯然是不能采用第一強(qiáng)度理論來(lái)建立強(qiáng)度條件的。

這一理論基本上能正確反映出某些脆性材料的強(qiáng)度特性。用鑄鐵

圓筒作試驗(yàn)，使其承受內(nèi)壓并另加軸向拉力，其試驗(yàn)結(jié)果與最大拉應(yīng)

力理論符合得較好。所以這一理論可用于承受拉應(yīng)力的某些脆性金

屬，例如鑄鐵。

2、最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論(第二強(qiáng)度理論)

習(xí)慣上稱第二強(qiáng)度理論。這一強(qiáng)度理論的根據(jù)是：當(dāng)作用在構(gòu)件

上的外力過(guò)大時(shí)，其危險(xiǎn)點(diǎn)處的材料就會(huì)沿最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變的方向發(fā)

生脆斷破壞。這一理論對(duì)脆斷原因所作的假說(shuō)是：最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變力

是引起材料脆斷破壞的因素；也就是認(rèn)為不論在什么樣的應(yīng)力狀態(tài)

下，只要構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變與到達(dá)了材料的極限值5,

材料就會(huì)發(fā)生脆斷破壞。與前述道理相同，材料的極限值則可通過(guò)任

意一種使試件發(fā)生脆斷破壞的試驗(yàn)來(lái)確定。材料的脆斷破壞條件為

bjx

￡\=￡jx=(b)

式中o?八是單向拉伸試件在拉斷時(shí)其橫截面上的正應(yīng)力。在復(fù)雜應(yīng)力

狀態(tài)下一點(diǎn)處的最大線應(yīng)變?yōu)?/p>

14

…)]

代入式(b)得

一丫包+%)]=?

或卜-M6+%)]=%

將上式右邊的%x除以安全系數(shù)即得材料的容許拉應(yīng)力61。故對(duì)危險(xiǎn)

點(diǎn)處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的構(gòu)件，按第二強(qiáng)度理論所建立的強(qiáng)度條件是；

[cr,-v(cr2+(T3)]<fcr](1-12)

然而用鑄鐵制成的薄壁圓管試件在靜載荷的內(nèi)壓、軸向拉(壓)

以及扭轉(zhuǎn)的外力偶矩聯(lián)合作用下進(jìn)行的試驗(yàn)表明，第二強(qiáng)度理論并不

比第一強(qiáng)度理論更符合試驗(yàn)結(jié)果。工程實(shí)際中更多地采用第一強(qiáng)度理

論。

3、最大剪應(yīng)力理論(第三強(qiáng)度理論)

習(xí)慣上又稱第三強(qiáng)度理論。提出這個(gè)理論的根據(jù)是，當(dāng)作用在構(gòu)

件上的外力過(guò)大時(shí),其危險(xiǎn)點(diǎn)處的材料就會(huì)沿最大剪應(yīng)力所在截面滑

移而發(fā)生屈服破壞，這一理論在對(duì)屈服破壞原因所作的假說(shuō)是：最大

剪應(yīng)力是引起材料屈服破壞的因素；也就是認(rèn)為不管在什么樣的

應(yīng)力狀態(tài)下，只要構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的最大剪應(yīng)力rmax達(dá)到材料的極限值

%,該點(diǎn)處的材料就會(huì)發(fā)生屈服破壞。至于材料的極限值則可由通

過(guò)任意一種使試件發(fā)生屈服破壞的試驗(yàn)來(lái)確定。對(duì)于象低碳鋼這一類

的塑性材料,在單向拉伸試驗(yàn)時(shí)材料就是沿斜截面發(fā)生滑移而出現(xiàn)明

顯的屈服現(xiàn)象的。這時(shí)試件在橫截面上的正應(yīng)力就是材料的屈服極限

%,而在試件斜截面上的最大剪應(yīng)力(即45。斜截面上的剪應(yīng)力)等

15

于橫截面上正應(yīng)力的一半。于是，對(duì)于這一類材料，就可以從單向拉

伸試驗(yàn)中得到材料的極限值％

〃一"T

所以，按照這一強(qiáng)度理論的觀點(diǎn)，屈服破壞條件是

rmax=rA=-yI)

在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)處的最大剪應(yīng)力為

r1.、

max=—(C1-Cr3)

其中：巧和內(nèi)分別為該應(yīng)力狀態(tài)中的最大和最小主應(yīng)力。所以，式

(C)又可改寫為

1z、1

-(<T,-o-3)=-crs

或(6f)=q

將上式右邊的巴除以安全系數(shù)即得材料的容許拉應(yīng)力6],故對(duì)危險(xiǎn)

點(diǎn)處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的構(gòu)件，按第三強(qiáng)度理論所建立的強(qiáng)度條件是：

(o-1-cr3)<[o-](1-13)

這一理論的缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮中間主應(yīng)力外對(duì)材料屈服的影響。

4、形狀改變比能理論(第四強(qiáng)度理論)

這一理論通常也稱為第四強(qiáng)度理論。它對(duì)屈服破壞原因所作的假

說(shuō)是：設(shè)形狀改變比能"”是引起材料屈服破壞的因素；也就是說(shuō)不

論在什么樣的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，只要構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的形狀改變比能達(dá)

到材料的極限值%-該點(diǎn)處的材料就會(huì)發(fā)生屈服破壞。

什么是形狀改變比能？

物體在外力作用下會(huì)發(fā)生變形，這里所說(shuō)的變形，既包括有體積

16

改變也包括有形狀改變。當(dāng)物體因外力作用而產(chǎn)生彈性變形時(shí)，外力

在相應(yīng)的位移上就作了功，同時(shí)在物體內(nèi)部也就積蓄了能量。例如鐘

表的發(fā)條（彈性體）被用力擰緊（發(fā)生變形）此外力所作的功就轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)

條所積蓄的能。發(fā)條在放松過(guò)程中靠它所積蓄的能，使齒輪系統(tǒng)和指

針持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)發(fā)條又對(duì)外作了功。這種隨著彈性體發(fā)生變形而積

蓄在其內(nèi)部的能量稱為變形能。在單位變形體體積內(nèi)所積蓄的變形能

稱為變形比能。

由于物體在外力作用下所發(fā)生的彈性變形既包括物體的體積改

變，也包括物體的形狀改變，所以不難理解，彈性體內(nèi)所積蓄的變形

比能也應(yīng)該分成兩部分：一部分是形狀改變比能“d,一部分是體積

改變比能與。它們的值可分別按下面的公式計(jì)算

%=營(yíng)［（巧-。2）2+（%-4）2+（。3-6）［（1/4）

必=與|^伉+。2+。3尸（1-15）

6￡

這兩個(gè)公式表明，在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，物體形狀的改變及所積蓄

的形狀改變比能是和三個(gè)主應(yīng)力的差值有關(guān)；而物體體積的改變及所

積蓄的體積改變比能是和三個(gè)主應(yīng)力的代數(shù)和有關(guān)。

在簡(jiǎn)單拉伸條件下，試件發(fā)生屈服時(shí)，將6=%,%=%=。代

入，材料的形狀改變比能極限值應(yīng)為

1+V

U,.=-----2U

djx6E

于是根據(jù)第四強(qiáng)度理論，復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料出現(xiàn)屈服破壞的條件是

Ud~11djx,即

17

-77-[(b|-/)"+(。2-%)~+(6-G)~]=-2b；(d)

DCON

即jgb--J+包_6)2+(6=b,

考慮安全系數(shù)以后的強(qiáng)度條件是

界6_%丫+(%+(qfH?⑻(1-16)

注意到上式右邊的三個(gè)主應(yīng)力之差分別為三個(gè)最大剪應(yīng)力的兩倍，因

此，第四強(qiáng)度理論從物理本質(zhì)上講，也可歸類于剪切型的強(qiáng)度理論。

上述的四個(gè)強(qiáng)度理論在選用時(shí)應(yīng)考慮以下各點(diǎn)：

(1)對(duì)于脆性材料，常發(fā)生的是脆性斷裂，應(yīng)采用第一強(qiáng)度理論或

第二強(qiáng)度理論。對(duì)于塑性材料常因塑性屈服而失去工作能力，

所以多采用第三或第四強(qiáng)度理論。

(2)從第三或第四強(qiáng)度理論中可以發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)度條件都和主應(yīng)力的差

值有關(guān)。這就是說(shuō)，如果材料是處在三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)下，假如三個(gè)

主應(yīng)力的差值又不隨著主應(yīng)力的增加而增大的話，那么不論是塑性材

料還是脆性材料，當(dāng)主應(yīng)力增大到一定程度時(shí)，都將發(fā)生脆性斷裂破

壞。所以在三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)下，應(yīng)采用第一強(qiáng)度理論。

(3)在三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)下，正應(yīng)力對(duì)破壞不起直接作用，但剪

應(yīng)力會(huì)隨著三個(gè)主應(yīng)力的增加而增大，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到一定的程度時(shí)，

不管是塑性材料還是脆性材料，都會(huì)出現(xiàn)塑性屈服或剪斷，所以應(yīng)采

用第三或第四強(qiáng)度理論。

四個(gè)強(qiáng)度理論所建立的強(qiáng)度條件可統(tǒng)一寫作

crW[crj(1-17)

18

式中的，是根據(jù)不同強(qiáng)度理論所得到的構(gòu)件危險(xiǎn)點(diǎn)處三個(gè)主應(yīng)力的

某些組合。由于從公式（1-17）的形式看來(lái)，這種主應(yīng)力的組合，和

單向拉伸時(shí)的拉應(yīng)力在安全程度上是相當(dāng)?shù)模虼送ǔ７Q/為相當(dāng)

應(yīng)力。可以將四個(gè)強(qiáng)度理論的相當(dāng)應(yīng)力表達(dá)式歸納如表1-3所示。

表1-3四個(gè)強(qiáng)度理論的相當(dāng)應(yīng)力表達(dá)式

強(qiáng)度理論的名稱及分類相當(dāng)應(yīng)力表達(dá)式

第一類強(qiáng)度理論第一強(qiáng)度理論一最al*=al

（脆斷破壞的理大拉應(yīng)力理論

論）第二強(qiáng)度理論一最

cr；=[cTj-〃(6+cr3)]

大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論

第二類強(qiáng)度理論第三強(qiáng)度理論一最

（屈服破壞的理大剪應(yīng)力理論

論）第四強(qiáng)度理論一形

"_%)2+(%w)2+(3

狀改變比能理論

19

第二部分鍋爐壓力容器壓力管道強(qiáng)度概論

一、鍋爐壓力容器壓力管道載荷種類

鍋爐壓力容器在運(yùn)行過(guò)程中所承受的載荷有：壓力載荷、重力載

荷、接管載荷、溫度載荷（熱應(yīng)力）、疲勞載荷、風(fēng)載荷、地震載荷、

殘余應(yīng)力等。

1.壓力載荷：指鍋爐壓力容器工作介質(zhì)造成的內(nèi)部壓強(qiáng)或內(nèi)外部

壓強(qiáng)差，液柱靜壓力通常也包括在內(nèi)。對(duì)鍋爐通常有鍋筒/鍋殼

工作壓力、出口壓力、額定壓力等，對(duì)壓力容器，通常有設(shè)計(jì)

壓力、計(jì)算壓力、最高工作壓力、操作壓力等，是強(qiáng)度計(jì)算中

所考慮的主要載荷。

2.重力載荷：指由于設(shè)備內(nèi)件、梯子平臺(tái)、保溫絕熱、外掛件等

引起的重力載荷。

3.接管載荷：接管外連管道或其它設(shè)備對(duì)所考察設(shè)備帶來(lái)的推拉

力、剪切力、扭矩、彎矩等。在接管強(qiáng)度計(jì)算中應(yīng)當(dāng)考慮。

4.溫度載荷：金屬材料受熱/冷卻膨脹/收縮受阻而產(chǎn)生的載荷。

5.疲勞載荷：介質(zhì)壓力載荷、溫度載荷周期性或非周期性變化會(huì)

使設(shè)備在高應(yīng)力區(qū)域產(chǎn)生疲勞裂紋。這種載荷形式稱為疲勞載

荷。

6.風(fēng)載荷：由于空氣流過(guò)設(shè)備外周時(shí)會(huì)造成迎風(fēng)面和背封面壓力

不同而造成的載荷。對(duì)大型、高聳的戶外安裝的鍋爐和壓力容

器需要考慮風(fēng)載荷。

7.地震載荷：地震過(guò)程中的水平震動(dòng)和垂直震動(dòng)造成的載荷。

20

（屬于慣性載荷）。

8.殘余應(yīng)力：由于焊接、冷作成型、強(qiáng)力組裝等因素造成的殘留

在設(shè)備材料內(nèi)部的應(yīng)力，這種應(yīng)力可能會(huì)造成設(shè)備的應(yīng)力腐蝕

裂紋和疲勞裂紋。

二、鍋爐壓力容器壓力管道常規(guī)設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度控制原則

鍋爐壓力容器強(qiáng)度計(jì)算中，根據(jù)不同的設(shè)備類型和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，需

要考慮上述各種載荷或其中部分載荷。然而由于常規(guī)的設(shè)計(jì)方法是以

簡(jiǎn)便易行為基本原則，其強(qiáng)度計(jì)算以考慮介質(zhì)造成的壓力為主。

強(qiáng)度控制原則為：計(jì)算應(yīng)力水平。W許用應(yīng)力［。］

對(duì)典型的內(nèi)壓力作用下的薄壁圓筒體，主要存在兩個(gè)應(yīng)力，分別

為環(huán)向應(yīng)力。環(huán)、軸向應(yīng)力（經(jīng)向應(yīng)力）。軸，徑向應(yīng)力。徑通常忽略

不計(jì)。對(duì)薄壁筒體，按照內(nèi)徑公式計(jì)算上述應(yīng)力：

_PDi_PDt

可見(jiàn)環(huán)向應(yīng)力為軸向應(yīng)力的2倍。

對(duì)鍋爐強(qiáng)度計(jì)算，許用應(yīng)力須考慮焊縫削弱、成排開(kāi)孔削弱、工

作條件等因素，對(duì)壓力容器，通常需要考慮焊縫的削弱作用。

關(guān)于鍋爐壓力容器的強(qiáng)度計(jì)算，在后續(xù)的課程分別按鍋爐和壓力

容器進(jìn)行講解。

三、邊緣應(yīng)力

在筒體與封頭、鍋殼與管板等的連接位置，在承受內(nèi)壓力時(shí)，由

于沿半徑的自由變形不同而相互牽制，造成很大的剪力和彎矩，造成

21

很高的局部應(yīng)力水平，這個(gè)應(yīng)力稱為邊緣應(yīng)力。它具有以下兩個(gè)基本

特征：

1.局部性：不同性質(zhì)的連接產(chǎn)生不同的邊緣應(yīng)力，但它們都具有

明顯的衰減波特性，隨著離開(kāi)邊緣的距離越大，邊緣應(yīng)力迅速

衰減。

2.自限性：由于邊緣應(yīng)力是兩個(gè)連接件彈性變形不一致，相互制

約而產(chǎn)生的，一旦材料發(fā)生了塑性變形，相互的約束就會(huì)緩解,

邊緣應(yīng)力自動(dòng)受到限制，這就是邊緣應(yīng)力的自限性。因此塑性

好的材料可以減少此位置的破壞危險(xiǎn)性。

邊緣應(yīng)力.QQt

四、分析設(shè)計(jì)中的應(yīng)力分類與控制原則

鍋爐壓力容器在工作過(guò)程中，一般要同時(shí)承受介質(zhì)壓力和一定

的熱應(yīng)力等多種載荷。由于這些載荷性質(zhì)彼此不同，分布也是不均勻

的，以及元件的幾何形狀也有變化等原因，使元件的不同部位產(chǎn)生性

質(zhì)和數(shù)值不同的各類應(yīng)力。這些不同種類的應(yīng)力對(duì)鍋爐壓力容器元件

強(qiáng)度的影響并不一樣，有的相差甚至很大。

長(zhǎng)期以來(lái)，由于對(duì)上述不同種類的應(yīng)力對(duì)元件強(qiáng)度的影響缺乏

精確的了解，加之，計(jì)算也較困難，因而在承壓元件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)中僅

根據(jù)介質(zhì)壓力引起的大面積平均應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，而其它應(yīng)力用安全系

數(shù)、結(jié)構(gòu)限制甚至運(yùn)行上的一些限制來(lái)控制在安全范圍內(nèi)。

目前，在壓力容器、核能設(shè)備、大型電站工程、長(zhǎng)輸管道等領(lǐng)

域均已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，在壓力容器行業(yè)在1995年已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)

22

JB473295《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》。鍋爐行業(yè)雖然還沒(méi)有

形成專門的標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的許多規(guī)定與限制卻是根據(jù)應(yīng)力分類

原則制定的。鍋爐壓力容器事故分析中通常采用應(yīng)力分類方法進(jìn)行分

析，以得出合理的結(jié)論。

進(jìn)行應(yīng)力分類的基礎(chǔ)是必須得出結(jié)構(gòu)中任意一點(diǎn)的應(yīng)力水平。

通常用有限元方法得到。

(一)應(yīng)力分類及特征

受壓元件中的應(yīng)力分為三類：一次應(yīng)力、二次應(yīng)力、峰值應(yīng)力。

另外還存在殘余應(yīng)力(殘余應(yīng)力通常不包括在上述三類應(yīng)力之中)。

1.一次應(yīng)力stress)：為平衡介質(zhì)壓力與其它機(jī)械載荷所

必須的法向應(yīng)力或剪切應(yīng)力。一次應(yīng)力的特征是非自限性的，且

用于平衡介質(zhì)壓力和其它機(jī)械載荷。一次應(yīng)力達(dá)到極限狀態(tài)，即

使載荷不再增加，仍產(chǎn)生不可限制的塑性流動(dòng)，直至破壞。一次

應(yīng)力又分為一次總體薄膜應(yīng)力、一次局部薄膜應(yīng)力和一次彎曲應(yīng)

力。

(1)一次總體薄膜應(yīng)力Pm(generalprimarymembrane

stress)：由介質(zhì)壓力或其它機(jī)械載荷直接產(chǎn)生的沿壁厚均勻分布

的應(yīng)力，其特點(diǎn)是：發(fā)生在大面積范圍內(nèi)；隨著介質(zhì)壓力升高不

斷增加，先是元件屈服，最后發(fā)生破裂；應(yīng)力與外力平衡。如薄

壁圓筒，常規(guī)設(shè)計(jì)計(jì)算出的應(yīng)力值就是一次總體薄膜應(yīng)力(如環(huán)

向應(yīng)力。環(huán)=黑)

(2)一次彎曲應(yīng)力Pb(primarybendingstress)：平衡介質(zhì)壓力

23

和其它機(jī)械載荷所需的沿壁厚線性分布的彎曲應(yīng)力，如平蓋中心

部位由壓力引起的彎曲應(yīng)力。一次彎曲應(yīng)力的特點(diǎn)是：沿壁厚呈

線性分布；隨著載荷增大，先是壁面達(dá)到屈服，以后逐漸沿整個(gè)

壁厚進(jìn)入屈服，這時(shí)，才認(rèn)為元件喪失工作能力；這種應(yīng)力與外

力相平衡。

(3)一次局部薄膜應(yīng)力PL(primarylocalmembranestress)：

應(yīng)力水平大于一次總體薄膜應(yīng)力，但影響范圍僅限于結(jié)構(gòu)局部區(qū)

域的一次薄膜應(yīng)力。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性流動(dòng)時(shí)，這類應(yīng)力將重新分

布。若不加以限制，則當(dāng)載荷從結(jié)構(gòu)的某一部分(高應(yīng)力區(qū))傳

遞到另一部分(低應(yīng)力區(qū))時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)量塑性變形而導(dǎo)致?lián)p壞。

一次局部薄膜應(yīng)力通常由總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)引起，雖具有二次應(yīng)力

的性質(zhì)，但從方便與穩(wěn)妥的角度考慮仍歸入一次應(yīng)力的范疇。一

次局部薄膜應(yīng)力的典型例子是：在殼體的固定支座或接管處由外

部載荷和力矩引起的薄膜應(yīng)力。

2.二次應(yīng)力Q(Secondarystress)

為滿足外部約束條件或結(jié)構(gòu)自身變形連續(xù)性所須的法向應(yīng)力或

剪應(yīng)力。二次應(yīng)力的基本特征是具有自限性，即局部屈服和小變形就

可以使約束條件或變形連續(xù)性要求得到滿足，從而變形不再增大。只

要不反復(fù)加載，二次應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。例如總體熱應(yīng)力和總體

不連續(xù)處的彎曲應(yīng)力。

3.峰值應(yīng)力F(Peakstress)

由局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)或局部熱應(yīng)力影響而引起的附加于一次和二

24

次應(yīng)力的應(yīng)力增量。峰值應(yīng)力的特征是同時(shí)具有自限性和局部性，它

不會(huì)引起明顯的變形，其危害性在于可能導(dǎo)致疲勞裂紋或脆性斷裂。

如：殼體接管連接處由于局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)所引起的應(yīng)力增量中沿厚度

非線性分布的應(yīng)力；小范圍過(guò)熱處的熱應(yīng)力。

下表是JB4732-95《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中應(yīng)力

分類的一些例子。

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JB4732—95

表4一1一些典型情況的應(yīng)力分類

容器部件位置應(yīng)力的起因應(yīng)力的類型所屬種類

總體薄膜應(yīng)力Pm

內(nèi)壓

沿壁厚的應(yīng)力梯度Q

遠(yuǎn)離不連續(xù)處的筒體

薄膜應(yīng)力Q

圓筒形或球形殼體軸向溫度梯度

彎曲應(yīng)力Q

薄膜應(yīng)力Pi.

和封頭或法蘭的連接處內(nèi)壓

彎曲應(yīng)力Q

外部載荷或力矩，或內(nèi)沿整個(gè)截面平均的總體薄膜應(yīng)力.

■m

壓應(yīng)力分量垂直于橫截面

沿整個(gè)容器的任何橫面

沿整個(gè)截面的彎曲應(yīng)力.應(yīng)力分最

外部栽荷或力矩PG

垂直于橫截面

任何倚體或封頭局部薄膜應(yīng)力PL

外部載荷或力矩?或內(nèi)

酎HT*其它開(kāi)孔的附逅彎曲應(yīng)力.：》?，Q

壓

峰財(cái)力（單允或1［角）..1<F,

"應(yīng)力，‘一Q

任停假*.奧體和封頭喝的祖裳19

'彎曲應(yīng)力Q

薄膜應(yīng)力Pm

3（部?jī)?nèi)壓

碟形封頭或健彎曲應(yīng)力Pl.

形封頭薄膜應(yīng)力PJ

過(guò)渡區(qū)或和筒體連接處內(nèi)壓

彎曲應(yīng)力Q

薄膜應(yīng)力Pm

中心區(qū)內(nèi)壓

彎曲應(yīng)力Ph

平?

薄膜應(yīng)力Pl.

和筒體連接處內(nèi)壓

彎曲應(yīng)力Q，）

苒膜應(yīng)力（沿橫截面平均）

?IM

彎曲應(yīng)力（沿管孔帶的寬度平均.

均勻布置的典型管孔帶壓力Pb

但沿壁厚有應(yīng)力梯度）

多孔的封頭或簡(jiǎn)體峰值應(yīng)力

薄膜應(yīng)力Q

分離的或非典型的孔帶壓力彎曲應(yīng)力、F

峰值應(yīng)力F

總體薄膜應(yīng)力（沿整個(gè)截面平均）.

內(nèi)壓或外部載荷或力矩P?，

垂直于接管軸線的橫截面應(yīng)力分*和截面垂直

外部載荷或力矩沿接管截面的彎曲應(yīng)力Pm

總體薄膜應(yīng)力P-

局部薄膜應(yīng)力.Pl.

接管內(nèi)壓

彎曲應(yīng)力Q

接管壁峰值應(yīng)力F

薄膜應(yīng)力Q

濟(jì)脹差彎曲應(yīng)力Q

峰值應(yīng)力F

蹲而應(yīng)力1

F

復(fù)層任意冬脹差

彎曲應(yīng)力F

當(dāng)量線性應(yīng)力A.Q

任意任?,徑向溫度分布"

瓦力分布的非線性部分F

任意任意任意應(yīng)力集中（缺口效應(yīng)）F

注」）必須考崖在直徑——厚度比大的容器中發(fā)生蝮折或過(guò)度變形的可能性.

2）若周邊彎短是為保持平木中心處彎曲應(yīng)力在允許限度內(nèi)所需要的?則在連接處的彎曲應(yīng)力可劃為Pb類；否

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（二）分類應(yīng)力限制

進(jìn)行應(yīng)力核算時(shí)必須同時(shí)滿足如下強(qiáng)度條件：

1.PmWK［。］

2.PLWl.5K［。］

3.PL+PbWL5K［。］

4.PL+Pb+QW3［。］

5.PL+Pb+Q+FWSa為疲勞許用應(yīng)力幅

K:載荷系數(shù)，對(duì)靜載荷（設(shè)計(jì)壓力、重力等）取1.0,對(duì)風(fēng)載荷、

地震載荷為1.2o

五、熱應(yīng)力

鍋爐是在工作條件下承受高溫的承壓設(shè)備，壓力容器、壓力管道

的介質(zhì)也經(jīng)常是高溫的。在工作條件、設(shè)備啟?；蚬收蠗l件下，由于

部件金屬溫度與制造時(shí)的溫度不同，在溫度提高后部件不能夠自由膨

脹，這些狀況均