壓力容器應(yīng)力分類(lèi)及限制

1、壓力容器應(yīng)力分類(lèi)及限制.設(shè)計(jì)方法常規(guī)設(shè)計(jì) 壓力容器設(shè)計(jì)基本上是采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法一“常 規(guī)設(shè)計(jì)”。常規(guī)設(shè)計(jì)是基于彈性失效準(zhǔn)則，認(rèn)為容器內(nèi)某一最大 應(yīng)力點(diǎn)一旦達(dá)到屈服限，進(jìn)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(jiǎn)化為基礎(chǔ)的，不考慮邊緣 應(yīng)力、局部應(yīng)力及溫差應(yīng)力，也不考慮交變載荷引起的疲勞問(wèn)題， 所有類(lèi)型的應(yīng)力均采用統(tǒng)一的許用應(yīng)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(jì) “分析設(shè)計(jì)”從設(shè)計(jì)思想上來(lái)說(shuō)，就是放棄了傳統(tǒng) 的彈性失效準(zhǔn)則，采用彈塑性或彈性失效準(zhǔn)則，允許結(jié)構(gòu)出現(xiàn)可 控制的局部塑性區(qū)，采用這個(gè)準(zhǔn)則，可以合理地放松對(duì)計(jì)算應(yīng)力 的過(guò)嚴(yán)限制，適當(dāng)?shù)靥岣吡嗽S

2、用應(yīng)力值，但又嚴(yán)格地保證了結(jié)構(gòu) 的安全性。.應(yīng)力分類(lèi)一次應(yīng)力 一次應(yīng)力是平衡壓力與其它機(jī)械載荷所必須的 應(yīng)力，它是維持結(jié)構(gòu)各部分平衡需要的，一次應(yīng)力沒(méi)有“自限性”， 所引起的塑性流動(dòng)是不可限制的，不能靠本身的屈服變形來(lái)限制其大 小，當(dāng)塑性區(qū)擴(kuò)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(dòng)，直至破壞。一次應(yīng)力分為一次總體薄膜應(yīng)力Pm一次彎曲應(yīng)力Pb局部薄膜應(yīng)力P二次應(yīng)力Q二次應(yīng)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(yīng)力，它是同一次應(yīng)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(dāng)二次應(yīng)力處的局部材料發(fā)生屈服而進(jìn)入塑性狀態(tài)時(shí)，使 彈性約束得到緩解，二次應(yīng)力不再上

3、升，原來(lái)不同的變形得到協(xié)調(diào)， 結(jié)果二次應(yīng)力自動(dòng)限制，這就是二次應(yīng)力的自限性。二次應(yīng)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(kāi)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(shí)彎曲應(yīng)力已降低到應(yīng)力峰值的5%。屬于二次應(yīng)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(yīng)起的彎曲應(yīng)力（邊緣應(yīng) 力），換熱器在管殼上的溫差應(yīng)力（熱應(yīng)力）均屬二次應(yīng)力。.邊緣應(yīng)力的基本概念當(dāng)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(chēng)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(huì)產(chǎn)生 附加的彎曲變形。與彎曲相對(duì)應(yīng)，殼壁內(nèi)將產(chǎn)生彎矩和剪力，對(duì)薄壁 殼體來(lái)說(shuō)，由此產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力有時(shí)比薄膜應(yīng)力大得多，兩連接件剛 度相差越大，產(chǎn)生的應(yīng)力也將越大。在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，成以圓筒與平蓋連接時(shí)的邊緣應(yīng)力為最大。該應(yīng)力由于只發(fā)生在兩連接件的邊界處，所以稱(chēng)為邊緣效應(yīng)力或稱(chēng)為不連續(xù)應(yīng)力。1） 邊緣應(yīng)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(gè)特點(diǎn)：（1）局限性（2）自限性2） 設(shè)計(jì)中對(duì)邊緣應(yīng)力的考慮（1）由于邊緣應(yīng)力具有局限性，設(shè)計(jì)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(yīng)力，避免邊緣區(qū)附加的局部應(yīng)力集中（如應(yīng)避免在邊緣 區(qū)開(kāi)孔

5、。）（2）只要是塑性材料，即使邊緣區(qū)應(yīng)力超過(guò)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(dāng)受靜載荷時(shí)，除在結(jié)構(gòu)上需作某些處 理外，一般并不對(duì)邊緣應(yīng)力作特殊考慮。（3）在下列情況下應(yīng)考慮邊緣應(yīng)力a塑性較差的高強(qiáng)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(yīng)力，在邊緣高應(yīng)力區(qū)有可 能導(dǎo)致脆性破壞或疲勞。因此必須正確計(jì)算邊緣應(yīng)力并按 JB4732-95鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)。峰值應(yīng)力F峰值應(yīng)力附加在一次和二次應(yīng)力之上的應(yīng)力增量，此增量源與局 部不連續(xù)的影響。他不會(huì)引起任何明顯變形而使整個(gè)斷面實(shí)效。它 僅僅是疲勞裂紋產(chǎn)生的根源。這類(lèi)應(yīng)