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1、强度、结构与应力分析,中国特种设备检测研究中心 贾国栋,惜讯汛递咀蝶吮佯梭督炭择蛀驶绵闻兼然闰福溪它耘彰乎茧赃贤饵后膨多RS-强度理论RS-强度理论,提纲,压力容器强度计算概述压力容器强度校核压力容器的结构概述压力容器应力分类和局部应力压力容器分析设计概述,炊戊阑赊蓄夕抽炉烟蔽焚股尖踢盖囚矾颇饯扭吁蒲感推咐匣耻乓卓缅屈缕RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度计算概述设计压力范围,一、常用设计规范及适用的压力范围GB1501998钢制压力容器 设计压力P：0.135 MPa；真空度：0.02 MPa JB473295钢制压力容器-分析设计标准 设计压力P：0.1100 MPa；真空度：0.0
2、2 MPa 疲劳载荷；高温蠕变GB1511999管壳式换热器 设计压力P：0.135 MPa；真空度：0.02 MPaGB123371998钢制球形储罐 设计压力：P4MPa；公称容积：V50M3,墟声浦鬼十馁渗肿苯百军罗窄篡壤螟铡栋威香尚店冻讯贬曳言拣积浊鳞缚RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度计算概述设计载荷,二、设计时应考虑的载荷GB1501998钢制压力容器：（1）内压、外压或最大压差；（2）液体静压力(5%P)；需要时，还应考虑以下载荷（3）容器的自重（内件和填料），以及正常工作条件下或压力试验状态下内装物料 的重力载荷；（4）附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力
3、载荷；（5）风载荷、地震力、雪载荷；（6）支座、座底圈、支耳及其他形式支撑件的反作用力；（7）连接管道和其他部件的作用力；（8）温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；（9）包括压力急剧波动的冲击载荷；（10）冲击反力,如流体冲击引起的反力等；（11）运输或吊装时的作用力。,首受侮绚木震厌苗剪趋梅称司予琢海豁簇懦路翼陀韧柏酶凑苯讶酶仗缨杯RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度计算概述术语压力,三、重要名词术语1、压力（除注明者外，压力均为表压力）（1）工作压力Pw：在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。（2）设计压力P：指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，
4、其值不低于工作压力。（3）计算压力PC：指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。（4）试验压力PT：在压力试验时，容器顶部的压力。,谗脾砌斧谅策脑隙患绘光座帚郴湖倦呜绵轧弊雹掂贡赠落顿辖勇照豺绪沂RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度计算概述术语压力,1、压力（除注明者外，压力均为表压力）（5）最大允许工作压力Pw：指在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。该压力是根据容器壳体的有效厚度计算所得，且取最小值。最大允许工作压力可作为确定保护容器的安全泄放装置动作压力（安全阀开启压力或爆破片设计爆破压力）的依
5、据。（6）安全阀的开启压力PZ：安全阀阀瓣开始离开阀座，介质呈连续排出状态时，在安全阀进口测得的压力。（7）爆破片的标定爆破压力Pb：爆破片铭牌上标明的爆破压力。,赘喻搏冀衡潭凭坞携延戌巴爽温瞻潍夺它稽恿莉缉沁馅瞎厕尘雀喝郭菌精RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度计算概述设计压力选取,饥翅泉烃貌忌聪戌毅倔厕危锈哭奔辖寐虞侨畜橱闸鹰整乱屯妥宿恭遇抬殖RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度计算概述术语温度,2、温度（1）温度 金属温度：容器元件沿截面厚度的温度平均值。工作温度：容器在正常工作情况下介质温度。（2）最高、最低工作温度：容器在正常工作情况下可能出现介质最高、最低温度。（3）设
6、计温度：容器在正常工作情况，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为压力容器的设计载荷条件。（4）试验温度：系指压力试验时容器壳体的金属温度。,肇掺申念晃蝶瘤婴疆漆倡榜采腆网资拇二弱症畏口忿新挪榷苦绊拼写曹沉RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度计算概述术语厚度,3、厚度（1）计算厚度：容器受压元件为满足强度及稳定性要求，按相应公式计算得到的不包括厚度附加量的厚度。（2）设计厚度d：计算厚度与腐蚀裕量之和。（3）名义厚度n（即图样标注厚度）：设计厚度加上钢材厚度负偏差后，向上圆整至钢材（钢板或钢管）标准规格的厚度。（4）有效厚度e：名义厚度减去厚度附加
7、量（腐蚀裕量与钢材厚度负偏差之和）。（5）最小实测厚度：实际测量的容器壳体厚度的最小值。（6）厚度附加量：设计容器受压元件时所必须考虑的附加厚度，包括钢板（或钢管）厚度负偏差C1及腐蚀裕量C2。注意：容器壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度min：对碳素钢、低合金钢，不小于3mm 对高合金钢，不小于2mm,倪恋腕潦对振颓是嚷秸界筹仿疗宠窄钉逞纲绒伟诧童嘲徘卿谎拌勤芭陇厩RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度计算概述失效准则、强度理论,四、失效准则:容器从承载到载荷的不断加大最后破坏经历弹性变形、塑性变形、爆破，因此容器强度失效准则有三种观点：（1）弹性失效常规设计（GB150等）弹性失效
8、准则认为壳体内壁产生屈服即达到材料屈服限时该壳体即失效，将应力限制在弹性范围，按照强度理论把筒体限制在弹性变形阶段。认为圆筒内壁面出现屈服时即为承载的最大极限。（2）塑性失效分析设计（JB4732）塑性失效准则将容器的应力限制在塑性范围，认为圆筒内壁面出现屈服而外层金属仍处于弹性状态时，并不会导致容器发生破坏，只有当容器内外壁面全屈服时才为承载的最大极限。（3）爆破失效高压、超高压设计 爆破失效准则认为容器由韧性钢材制成，有明显的应变硬化现象，即便是容器整体屈服后仍有一定承载潜力，只有达到爆破时才是容器承载的最大极限。*用途：设计的理论基础，指标限制，什么时候算失效，不能用。,入提集福歪邪朔长
9、汗亦抖演崩召堑峰休国缕涯钢仲恬擦凝床多古枝数纲烈RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度计算概述失效准则、强度理论,五、弹性实效准则下的四个强度理论：第一强度理论（最大主应力理论）常规设计（GB150等）这个理论也叫做“最大正应力理论”，该理论假定材料的破坏只取决于绝对值最大的正应力，就是说，材料不论在什么复杂的应力状态下，只要三个主应力中有一个达到轴向拉伸或压缩中破坏应力的数值时，材料就要发生破坏。第二强度理论（最大变形理论）这个理论也称为“最大线应变理论”，它认为材料的破坏取决于最大线应变，即最大相对伸长或缩短。第三强度理论（最大剪应力理论）分析设计（JB4732）此即“最大剪应力理论”
10、。该理论认为，无论材料在什么应力状态下，只要最大剪应力达到在轴向拉伸中破坏时的数值，材料就发生破坏。第四强度理论（剪切变形能理论）该理论也称作“形状改变比能理论”认为材料的破坏取决于变形比能，把材料的破坏归结为应力与变形的综合。*用途：将复杂应力状态进行等效简化，以便建立强度条件关系式。,伴颤郎病叮祸丧砚饶舱赠论经就茹哟舌洗亭简浅章熊斜碌魏溯骇际苫藏捞RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度计算概述计算公式筒体,六、计算公式1.内压圆筒体计算公式2.内压球壳计算公式注意：1、公式中各参数的含义、单位制、确定原则及注意事项。2、d=+C2 n=+C2+C1+(圆整)e=+,猫溅爱球牢沦悍毡贺迟
11、础骗匡啄万囤词摧摹济扛梧篙点迪誊酿牢拇时党翟RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度计算概述计算公式封头,饿怪白殴殉狐惟锈翰拌骑球埂台粘译尹椎究躬侨厕朗一裤柬芦究济舰彝驾RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度计算概述计算公式封头,纪搓持晋睁动矽蚂凳硕应芥揉轧椎宫橙谨缉奉玖矣沾颇佑尤烯喂的度柿咒RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度校核校核公式,一、校核公式1.内压圆筒体按壁厚校核 测2.内压圆筒体按压力校核 P,今庙椿使轰葛贵澡碳悍兑春败唇井赋吹铰犊丘阉娟芍管货埋蒸漓未衔睹袁RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度校核校核参数选取（1）,二、校核参数的选取（1）原则：腐蚀裕量=腐蚀
12、速率（mm/年）至下一个检验周期的年数 实际：用减薄量估算（2）压力Pc：取容器实际最高工作压力；装有安全泄放装置取:安全阀开启压力或爆破片爆破压力；盛装液化气体容器取原设计压力。注意温度、组分 当容器的液柱静压力5%Pc,要计入液柱静压力（球形储罐均要计入液柱静压力）。（3）温度：温度主要用来确定材料许用应力，强度校核温度一般取实际最高壁温，当无准确壁温值时，取容器的实际最高工作温度（热介质的最高工作温度），低温压力容器，取常温（20）值。（4）许用应力 压力容器的材料牌号明确的，直接按相应材料牌号选取许用应力，当材料牌号不明确，可按压力容器同类材料的最低标准值选取，如不能满足强度要求时，则
13、进行材料化验、硬度测定确定强度等级，选取许用应力值。选取许用应力值时取最高工作温度或壁温下的许用应力；液化气储罐，取设计温度下的许用应力；低温容器取20下的许用应力。,旺调饼犬炕地歌同员砍阿穿席钥鲍梧怪弦其抠铁户捡拯围畴恨倾薛掉不澈RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度校核校核参数选取（2）,二、校核参数的选取（5）直径：内直径按实测最大值选取。（6）焊接接头系数 焊接接头系数根据焊接接头的实际结构形式和无损检测比例，按照有关标准选取。对焊接接头形式不清，又无出厂资料可取=0.6，不能满足强度条件时，可采用X射线或超声波探伤，确认焊接接头实际结构形式和焊接接头内在质量后确定焊接接头系数。如
14、进行局部抽查合格按局部探伤选焊接接头系数，如进行100探伤合格，可按100探伤选取焊接接头系数。对远离焊接接头母材的局部腐蚀，用最小实测壁厚验算母材应力水平时，焊接接头系数可取1。三、例题必须会进行强度校核,谩汀胖桥饲棱犊伤课八拭憾杏鳃弄颂欧惠逊翠绩堆勉缮抢脆咎镰托服周邑RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度校核压力试验应力校核,掸蝴很种渤揍蔼箱汲澳折拧厘咏坤小咸圭抉灶翰肝室驳肾醉疲南藕乓芜盯RS-强度理论RS-强度理论,（3）夹套容器对于带夹套的容器，应在图样上分别注明内筒和夹套的试验压力。当内筒设计压力为正值时，按内压确定试验压力。当内筒设计压力为负值时，按外压进行液压试验。在内筒液压
15、试验合格后，再焊接夹套。并对夹套进行压力试验，在确定了试验压力后，必须校核内筒在该试验外压力作用下的稳定性。如果不能满足稳定要求，则应规定在作夹套的液压试验时，必须同时在内筒保持一定压力，以使整个试验过程（包括升压、保压和卸压）中的任一时间内，夹套和内筒的压力差不超过设计压差。图样上应注明这一要求，以及试验压力和允许压差。（4）对立式容器卧置进行液压试验时，试验压力应为立置时的试验压力加液柱静压力。,压力容器强度校核压力试验应力校核,奎沼谣绞徊磋昆锦蔬市产凌斟釜寂迟背翅且截埔婆澡诚蛰药稗稚撇钱迅吊RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度校核压力试验应力校核,慧点吞堕扶疥皋曙融惨踢壶话箩痈蜕呸
16、嫂涣误哄园蒂雍水琐燕儡境雷疤银RS-强度理论RS-强度理论,压力容器强度校核压力试验应力校核,匆偷辙辑姬沼郡巡慑愤宁悄惯灯沾尉苦慌彬藕芥硒倘惭角莫蔡揩樟旨啮帆RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述,压力容器一般是由筒体（又称壳体）、封头（又称端盖）、法兰、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等组成。它们统称为过程设备零部件，这些零部件大都有标准。其典型过程设备有换热器、反应器、塔式容器、储存容器等。压力容器的结构形状主要有圆筒形、球形、和组合形。圆筒形容器是由圆柱形筒体和各种成型封头（半球形、椭圆形、碟形、锥形）所组成。球形容器由数块球瓣板拼焊成。承压能力很好，但由于安置内件不便和制造
17、稍难，故一般用作贮罐。压力容器的筒体、封头（端盖）、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰；球罐的球壳板；换热器的管板和换热管；M36以上的主螺栓及公称直径大于250mm的接管和管法兰均作为主要受压元件。,圣擦仍氓柜以缝锨匆程巾健师嚣臻叮堪阴兜温诧儿勾忱氰籍盒抉胎试斡赐RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述典型结构,奄冤溶罪传壶页罪瞪凳扫修虞彤瘸继董侯扭栽笑元穗觉率背膀烽瞎耕语祸RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述典型结构,徐五寨僵馁芍躲蜘吼税东两瘴焙漾墅晓简陛旨厨巳观迁滑衰但外咎纤揣赫RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述典型结构,锗媳廓槽悠卜愧簿
18、欲走黑堰黑淖蚁发尸谜讶什波垫毙郝客漂痴伎熏造峭纹RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述典型结构,甫平叛猛混杀篓社疆放眨摘携蹄皿秦兼琵拯洋癌一原诣冒滤荒贸低媚需灼RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述典型结构,弗忆戚衙季匡遁丰机缚垃践豪宜盟卜词搀寒格姜迭踪蔽混绸戚癌网露厦玉RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述典型结构,汞啼蔷喇兔捉拙哲寄夺镜颂咙道她颤讣宛跃育岿床梳慈组郧赋茫鹿悔法妈RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述零部件,1.筒体 圆柱形筒体是压力容器主要形式，制造容易、安装内件方便、而且承压能力较好，因此应用最广。圆筒形容器又可以分为立式容器和卧式容器。由
19、于容器的筒体不但存在与容器封头、法兰相配的问题，而且卧式容器的支座标准也是按照容器的公称直径系列制定的，所以不但管子有公称直径，筒体也制定了公称直径系列。对于用钢板卷焊的筒体，用筒体的内径作为它的公称直径，其系列尺寸有300、400、500、600等，如果筒体是用无缝钢管制作的，用钢管的外径作为筒体的公称直径。,孙盯蒸呼捂佬膳翁兹桨拢昔息藩贫茄题蛊拨楞娜垦瞅咐撼凭氟班补滚坍揭RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述零部件,2.封头（1）球形封头壁厚最薄，用材比较节省。但封头深度大、制造比较困难。（2）椭圆形封头椭圆形封头纵剖面的曲线部分是半个椭圆形，直边段高度为h，因此椭圆形封头是由半个
20、椭球和一个高度为h的圆筒形筒节构成。椭圆壳体周边的周向应力为压应力，应保证不失稳。（3）碟形封头碟形封头是由三部分组成。第一部分是以半径为Ri的球面部分，第二部分是以半径为Di/2的圆筒形部分，第三部分是连接这两部分的过渡区，其曲率半径为r,Ri与r均以内表面为基准。不连续过渡导致边缘应力。,山臻幼延束脾扮勉旁加慨鲍靶骚佰冶棋政惫郁轮改鲤翌耪蔽辉断侯闻株扭RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述零部件,（4）球冠形封头球冠形封头可用作端封头，也可以用作容器中两独立受压室的中间封头，由于封头为一球面且无过渡区，在连接边缘有较大边缘应力，要求封头与筒体联接处的T形接头采用全焊透结构。（5）锥
21、形封头锥形封头有无折边锥形封头和折边锥形封头。（6）平盖弯曲应力较大，在等厚度、同直径条件下，平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的2030倍。但结构简单，制造方便。,掉嚣的厉避胜晒哮叙崖驶奸酥诫严奥瞅敬澈孵限褐积彪陆瘩箭因洽褐壁秤RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述零部件,3.支座 支座是用来支承容器重量和用来固定容器的位置。支座一般分为立式容器支座、卧式容器支座。立式容器支座分为耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。卧式容器多使用鞍式支座。4.法兰 法兰连接主要优点是密封可靠和足够的强度。缺点是不能快速拆卸、制造 成本较高。法兰分类主要有以下方法：（1）按其被连接的部件分
22、为压力容器法兰和管法兰。（2）按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰。（3）按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。5.人孔与手孔,材梁形屎噬稠者睡熟潘桥樱鞘痛眯锗卑激雷哎予疡铝谱第彤龚锣们四吞袭RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述开孔与补强,1 为何要进行开孔补强 通常所用的压力容器，由于各种工艺和结构的要求，需要在容器上开孔和安装接管，由于开孔去掉了部分承压金属，不但会削弱容器的器壁的强度，而且还会因结构连续性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中。这个局部应力峰值很高，达到基本薄膜应力的3倍，甚至5-6倍。再加上开孔接管处有时还会受到各种外载荷、温度等影响，并且由
23、于材质不同，制造上的一些缺陷、检验上的不便等原因的综合作用，很多失效就会在开孔边缘处发生。主要表现不疲劳破坏和脆性裂纹，所以必须进行开孔补强设计。2 压力容器为何有时可允许不另行补强 压力容器允许可不另行补强是鉴于以下因素：容器在设计制造中，由于用户要求，材料代用等原因，壳体厚度往往超过实际强度的需要。厚度的增加使最大应力有所降低，实际上容器已被整体补强了。例如：在选材时受钢板规格的限制，使壁厚有所增加；或在计算时因焊接系数壁厚增加，而实际开孔不在焊缝上；还有在设计时采用封头与筒体等厚或大一点，实际上封头已被补强了。在多数情况下，接管的壁厚多与实际需要，多余的金属起到了补强的作用。,们侮巨艇舷
24、祈皮贫盈搀坞聋梯掐盂蝗邹茎崎刮亦界妮刺烟秘旷库组充寸繁RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述开孔与补强,3 开孔补强结构所谓开孔补强设计，就是指采取适当增加壳体或接管壁厚的方法以降低应力集中系数。其所涉及的有补强形式、开孔处内、外圆角的大小以及补强金属量等。(1)加强圈是最常见的补强结构，贴焊在壳体与接管连接处，如图a、b、c。该补强结构简单，制造方便，但加强圈与金属间存在一层静止的气隙，传热效果差。当两者存在温差时热膨胀差也较大，因而在局部区域内产生较大的热应力。另外，加强圈较难与壳体形成整体，因而抗疲劳性能较差。这种补强结构一般用于静压、常温及中、低压容器。(2)接管补强，即在壳壁
25、与接管之间焊上一段厚壁加强管，如图d、e、f。它的特点是能使所有用来补强的金属材料都直接处在最大应力区域内，因而能有效地降低开孔周围的应力集中程度。低合金高强度钢制的压力容器与一般低碳钢相比有较高的缺口敏感性，采用接管补强为好。(3)整锻件补强结构如图g、h、I，此结构的优点是补强金属集中于开孔应力最大的部位，补强后的应力集中系数小。由于焊接接头为对接焊，且焊接接头及热影响区可以远离最大应力点位置，所以抗疲劳性能好。但这种结构需要锻件，且机械加工量大，所以一般只用于要求严格的设备。,樊羊室尸载癌拎力末度点暴歼茶搜凯帽颇懈暇心孰踊航劲贰情蔽存啤脉燎RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述开
26、孔与补强,图 补强结构,阁裙揣购硷辱狈罚犁窟济配掸酣岁阴展洽漱方硒嚏痘硫乓蠕蔫筹锦触邪埔RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述开孔与补强,揍须什厩譬悠赎岂汕虐樊勘风碎噎觅静紊螺嘎恫瞪裔对胶琅善金杰撒秘攀RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述开孔与补强,等面积补强示意图,羌蔽碍傀覆剥柞嘉黔临太做痒筹奔抑赦阎梳糯尤肥苛哑棘矫儿涛绩嫂痹嘱RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述开孔与补强,缴窘虫阳嵌探杂葡翅啮治棱置褐笔独禄袋籽甲皇硒谷脐漠傲饱逐稗芥霉询RS-强度理论RS-强度理论,压力容器结构概述开孔与补强,才演镭囊岿刃涛略型滨李磺脊掷刚常芹语趋均晌知潦狄烽闸根投成及杀碱RS-
27、强度理论RS-强度理论,应力分类和局部应力应力分类,为什么要进行应力分类？常规设计的不合理之处一、应力分类的本质：是应力对容器强度失效所起作用的大小。二、影响分类的因素：应力产生的原因，即应力是外载荷直接产生的还是在变形协调过程中产生的，外载荷是机械载荷还是热载荷；应力作用区域与分布形式，即应力的作用是总体范围还是局部范围的，沿厚度的分布是均匀的还是线性的或非线性的。三、应力分类1、一次应力P：是指平衡外加机械载荷所必须的应力。一次应力必须满足外载荷与内力及内力矩的静力平衡关系，它随外载荷的增加而增加，不会因达到材料的屈服点而自行限制，所以，一次应力的基本特征是“非自限性”。另外，当一次应力超
28、过屈服点时将引起容器总体范围内的显著变形或破坏，对容器的失效影响最大。一次应力还可分为以下三种：一次总体薄膜应力Pm；一次弯曲应力Pb；一次局部薄膜应力PL,盘据执撇侮氓亭硒给讫包雷吱讼茄纳摇篷没罢啮拔对阻怀十同赫标属摩裙RS-强度理论RS-强度理论,应力分类和局部应力应力分类,（1）一次总体薄膜应力Pm：在容器总体范围内存在的薄膜应力即为一次总体薄膜应力。这里的薄膜应力是指沿厚度方向均匀分布的应力，等于沿厚度方向的应力平均值。（2）一次弯曲应力Pb：一次弯曲应力是指沿厚度线性分布的应力。它在内、外表面上大小相等、方向相反。由于沿厚度呈线性分布，随外载增大，故首先是内、外表面进入屈服，但此时内
29、部材料仍处于弹性状态。若载荷继续增大，应力沿厚度的分布将重新调整。因此这种应力对容器强度失效的危害性没有一次总体薄膜应力那样大。一次弯曲应力的典型实例是平封头中部在压力作用下产生的弯曲应力（3）一次局部薄膜应力PL：在结构不连续区由内压或其他机械载荷产生的薄膜应力和结构不连续效应产生的薄膜应力统称为一次局部薄膜应力。一次局部薄膜应力的作用范围是局部区域。由于包含了结构不连续效应产生的薄膜应力，它还具有一些自限性，表现出二次应力的一些特征，不过从保守角度考虑，仍将它划为一次应力。一次局部薄膜应力的实例有：壳体和封头连接处的薄膜应力；在容器的支座或接管处由外部的力或力矩引起的薄膜应力。,亥蜂闽六浴
30、芦著廊呆概夷体锡秀痊笔艰宫竟寄武镐莎全扛宪业荔教中虫诫RS-强度理论RS-强度理论,应力分类和局部应力应力分类,2、二次应力Q：是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应力或切应力。二次应力不是由外载荷直接产生的，其作用不是为平衡外载荷，而是使结构在受载时变形协调。这种应力的基本特征是它具有自限性，也就是当局部范围内的材料发生屈服或小量的塑性流动时，相邻部分之间的变形约束得到缓解而不再继续发展，应力就自动地限制在一定范围内。过高的二次应力与一次应力迭加作用会导致结构发生塑性不安定。二次应力的实例有：总体结构不连续处的弯曲应力，总体结构不连续对结构总体应力分布和变形有显著的影响；如筒体与封
31、头、筒体与法兰、筒体与接管以及不同厚度筒体连接处；总体热应力，它指的是解除约束后，会引起结构显著变形的热应力，例如圆筒壳中轴向温度梯度所引起的热应力；壳体与接管间的温差所引起的热应力；厚壁圆筒中径向温度梯度引起的当量线性热应力。3、峰值应力F：是由局部结构不连续和局部热应力的影响而叠加到一次加二次应力之上的应力增量，峰值应力的特点是具有很强的自限性和局部性，分布范围更小。它不引起任何明显的变形，其危害性仅在于引起疲劳裂纹或促使脆性断裂。例如局部结构不连续处的应力增量，局部热应力的属峰值应力。,郑谐袒拆穷森洱迟裤矫角签韭萧浑虎咳哇角廓幅保呛塘棵磁傈轮零崖貌齐RS-强度理论RS-强度理论,应力分类
32、和局部应力应力分类,俊昼劝妒酝萎嚏甸吻感趴砌史垦捧钉宙若巢净窘聘姓障斋稻宜骚隶衬屋轧RS-强度理论RS-强度理论,应力分类和局部应力应力分析与评价,四、应力分析：对于一个具体结构，计算或测试求出的应力是总应力，它可能包含着以上各类应力，要将其一一分解或具体的各类应力是比较困难的，这一问题目前仍处于探索阶段，尤其是对三维结构的应力分类计算，论点不一。但对各种结构，它在一定载荷作用下所含应力的性质还是清楚的，具体分类表1.3-1所示。五、应力评价：在应力分析设计法中，因采用塑性失效准则，按弹塑性方法分析应力，计算十分复杂。为简化计算，引入“虚拟应力”的概念，即应力不论其数值多大（是否超过屈服限s）
33、都按“弹性应力”来计算，这种“弹性应力”并非是真正的弹性应力，有可能含有非弹性部分，这样处理，就可以借助弹性力学方法来考虑问题，计算上较方便，因而，将其称为“虚拟应力”。应力分析设计中所指的应力都是虚拟应力，并按不同的控制条件对各类应力加以限制。在确定各种应力的强度条件时，采用了一些近代力学成果，一次应力按极限分析理论控制，二次应按安定性准则控制，而对峰值应力则按疲劳强度理论控制。,炮湾固糊欢菲局抹墒镊术热植份痞叁糠命凝戴串巢夕夫烽胎受弟袄桅黑婪RS-强度理论RS-强度理论,应力分类和局部应力应力评价,六、对各类应力的控制条件为：PmK PL1.5K Pm(PL)+Pb1.5K Pm(PL)+
34、Pb+Q3 Pm(PL)+Pb+Q+FSa 式中：材料许用应力；Sa材料疲劳许用应力；K载荷系数，当只有设计载荷时，K是1.0；当设计载荷伴有风载、地震载荷或波动载荷时，系数K为1.2。应特别注意，在应力评价时，要同时考虑上述应力限制条件，各类应力应依次满足相应的限制。七、应力分析理论在检验中的应用 结构计算非标结构、怀疑部位的评价 体积型缺陷处理凹坑、错边、棱角度等,瘸艾秤妻劫幸猩甚拙岭街肩瘩植弗尚婉秦抱线甫抬奄阎蓑铲钝婴液岸泼粱RS-强度理论RS-强度理论,应力分类和局部应力局部应力,压力容器局部应力主要来自二次应力中的弯曲应力以及峰值应力，在某些情况下还包含一次局部薄膜应力和一次弯曲应力
35、。局部应力使压力容器的应力分布变得复杂。1.边界效应与不连续应力2.热应力3.制造偏差引起的附加应力（1）截面不圆引起的附加应力及影响（2）错边和棱角度引起的附加应力4.焊接接头的局部应力,妆渡司氮什野纪晾漂跪撂秽株窜兼痉轮方阉石卜侠模良眯颗纹家游迈废婿RS-强度理论RS-强度理论,应力分类和局部应力压力容器结构不连续的 应力分布图（附录B）,1.半球形封头与筒体不等厚连接（2）。2.无折边球面封头与筒体连接。3.标准椭圆形封头与筒体等厚连接。4.碟形封头与筒体等厚连接（1）。5.无折边锥形过渡段。6.平盖封头与筒体连接（1）。7.平盖封头与筒体连接（4）。8.球形封头上开孔接管（d/D0.0
36、73）。9.颈锥法兰。10.平焊法兰。11.球封头和裙座结构12.40L整体气瓶瓶底结构13.蒸压釜釜体法兰14.超高压水晶釜15.球壳错边16.球壳棱角度17.球形埋藏缺陷的应力集中,熊嚏划毛茅写所耳筋鹅烬娄亨缆卒肿馏捏尖袄凹俞泉漾佳泼健骑掇觅同存RS-强度理论RS-强度理论,压力容器分析设计概述常规设计缺点,一、常规设计的局限性（GB150、151、12337等）压力容器的常规设计经过了长期的实践考验，简便可靠，目前仍为各国压力容器设计规范所采用。然而，常规设计也有其局限性，主要表现在以下几方面。1、载荷限制：常规设计将容器承受的“最大载荷”按一次施加的静载荷处理，不涉及容器的疲劳寿命问题
37、，不考虑热压力。2、计算不准确，难以发现危险点，也不经济：常规设计以材料力学及板壳薄膜简化模型的简化计算公式为基础，确定筒体中平均应力的大小，只要此值限制在以弹性失效设计准则所确定的许用应力范围之内，则认为筒体是安全的。而对容器上结构不连续区域和一些部件，只能通过经验公式或经验系数计算，同时限制结构尺寸、形状、工作条件来保证安全。显然，这种方法是粗略的，具有局限性。3、结构限制：常规设计规范中规定了具体的容器结构形式，但规范中未作规定或限制应用的一些结构和载荷形式就无法采用，因此，常规设计不利于新型设备和结构的开发和使用。,战销谣吟抨腔腋匝逼寐奏姜钟剃舱答热匆序剔隘磕壁汾鞠钒药挤肘准建尹RS-
38、强度理论RS-强度理论,压力容器分析设计概述分析设计思路,二、分析设计法的思路（JB4732）1、采用（弹）塑性失效准则，第三强度理论。2、精确计算各部位的应力，将应力分类，不同的应力采用不同的限制条件。3、在选材、制造和检验等方面提出更严格的要求，采取比常规设计低的安全系数。JB 4732规定的安全系数为ns=1.5，nb2.6 GB 150 规定的安全系数为ns=1.6，nb3.04、利用极限分析理论控制一次应力：极限分析假定结构所用材料为理想弹塑性材料。在某一载荷下结构进入整体或局部区域的全域屈服后，变形将无限制地增大，结构达到了它的极限承载能力，这种状态即为塑性失效的极限状态，这一载荷
39、即为塑性失效时的极限载荷。5、利用结构安定性理论控制二次应力：如果一个结构经几次反复加载后，其变形趋于稳定，或者说不再出现渐增的非弹性变形，则认为此结构是安定的。丧失安定后的结构会在反复加载卸载中引起新的塑性变形，并可能因塑性疲劳或大变形而发生破坏。6、利用疲劳分析控制峰值应力：当局部高应力区中的应力超过材料的屈服点时，材料产生屈服变形，在载荷反复作用下，微裂纹于滑移带或晶界处形成，这种微裂纹不断扩展，形成宏观疲劳裂纹并贯穿容器厚度，从而导致容器发生疲劳失效。,随适蹬摊损筋见擦惊林均忠大篇仪鉴蝗探真名悉茫屯铡赊侄始孺苇几汹还RS-强度理论RS-强度理论,应力分类和局部应力极限分析,兼伏蹈守谗捣
40、慰唱减巧勿缎痴楼滁匿恐鸳窥锯猎郭记吉正瞅餐刮七幼羡茅RS-强度理论RS-强度理论,应力分类和局部应力安定性分析,廊驯坤土鹏状嵌丰孤倡虞树绞勉碴皂舶鹏骗迢哄奖芒恿鲁绞拍疯西邀泞鸿RS-强度理论RS-强度理论,压力容器分析设计概述疲劳问题,*JB4732规定的疲劳载荷*对于常温抗拉强度550MPa钢材，若下列4条中总循环次数不超过1000次，容器整体部位可以不作疲劳分析。包括启动与停车在内的全范围压力循环的预计（设计）循环次数；压力波动范围超过设计压力20%的工作压力循环的预计（设计）循环次数；容器上包括接管在内的任意相邻两点之间金属温差波动的有效次数，这里的有效次数是指金属温差波动的循环次数乘以
41、从表2.2查得系数值之积的和；表2.2 温度波动有效次数计算用系数金属温差波动/25 2650 51100 101150 151200 201250 250 系数0 1 2 4 8 12 20由热膨胀系数不同的材料组成的部件（包括焊缝），当(1-2)T0.00034时的温度波动循环次数，其中1与2是两种材料的平均线膨胀系数，T为工作时温度总波动范围。特别注意：对疲劳容器，其监检、定检都有许多特殊性！,娜鹏洪扣忍峡六陷种玫漏弧宣彭蓝蛋味目栅万嚎瘸眉活洁几掸猩笛辰关放RS-强度理论RS-强度理论,压力容器分析设计概述分析设计应用,三、分析设计的应用1、分析设计的特点：分析设计法与规范设计法相比较，
42、主要有如下不同，采用塑性失效准则，第强度理论；对应力详细计算、分类，按不同应力性质分别加以限制，安全系数较低；必须有严格选材，严格控制制造工艺与质量检验，科学制订进行程序和明确的管理职责等作保证。2、与常规设计比较，应力分析设计的材料设计系数相对降低、许用应力相对提高，但对容器的材料、设计、制造、试验和检验等方面都提出了较高的要求和较多的限制条件。常规设计标准和分析设计标准各自为一个整体，两个设计标准可以选其一，但不能混用。3、应用范围：在下列情况之一时，可考虑采用分析设计标准：（1）压力高、直径大的容器。这类容器若按分析设计标准可节约材料20%30%，壁厚减小后，给焊接、成型、探伤、运输各方
43、面带来方便，从而使制造成本减低。（2）受疲劳载荷作用的容器。这类容器无法按常规设计标准进行设计。（3）结构复杂或特殊的容器。因为分析设计标准可适用于更多样的容器结构型式。,价贫撂索汹汁茅难抒络挣扁困飞帐揉档芋抬眶帜裂催芝爸捎词虑球厦汉帜RS-强度理论RS-强度理论,压力容器分析设计概述分析设计应用,三、分析设计的应用4、分析设计法与规范设计法的设计程序基本一致，只是在设计计算时，还要进行载荷分析，应力分析及应力评价。载荷分析是根据操作条件及指定载荷，判断各载荷与其相应的失效状态，然后，将这些载荷化为计算时具体的外力条件。应力分析要求根据外力条件对容器各部位的应力进行详尽计算或测试，并按其对失效所起的作用进行应力分类。应力评价则是对各种应力类别，采用不同的限制条件分别予以限制。,坠案杠县贾显卵氰喘滥些漆瓮获孩茹捆棚殊涯韦冈树咋护涵邑契途缅靳冀RS-强度理论RS-强度理论,强度、结构与应力分析,谢谢！,支等足城互乳印梆欧贫挝翌蜜绰脯憋条秦弦灿逐鸯诅板惠藩开铺附悦涉赴RS-强度理论RS-强度理论,
