典型局部应力

1、122.6.1 概述概述2.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力受内压壳体与接管连接处的局部应力2.6.3 降低局部应力的措施降低局部应力的措施2.6 典型局部应力31、局部应力的产生、局部应力的产生 局部载荷局部载荷通过管道传递的载荷通过管道传递的载荷支座反力支座反力局部温度变化引起的载荷局部温度变化引起的载荷材料、结构和载荷不连续处，材料、结构和载荷不连续处，在局部区域产生的附加应力在局部区域产生的附加应力不连续不连续2.6典型局部应力42、局部应力的局部应力的危害性危害性与与材料韧性材料韧性载荷载荷大小大小加载方式加载方式有关有关危害性危害性过大的局部应力使结构处于不安定状态；过大的

2、局部应力使结构处于不安定状态；在交变载荷下，易产生裂纹，可能导致在交变载荷下，易产生裂纹，可能导致疲劳失效。疲劳失效。2.6 典型局部应力5 由于几何形状及尺寸的突变，受内压壳体与接管连接处附由于几何形状及尺寸的突变，受内压壳体与接管连接处附近的局部范围内会产生较高的不连续应力。近的局部范围内会产生较高的不连续应力。6工程常用方法工程常用方法 应力集中系数法应力集中系数法数值解法数值解法实验测试法实验测试法经验公式经验公式2.6 典型局部应力理论分析方法理论分析方法薄膜解薄膜解弯曲解弯曲解71、应力集中系数、应力集中系数 KtmaxtK max受内压壳体与接管连接处的最大弹性应力受内压壳体与接

3、管连接处的最大弹性应力 该壳体不开孔时的环向薄膜应力该壳体不开孔时的环向薄膜应力通过应力集中系数曲线图查通过应力集中系数曲线图查Kt，就可得到最大应力，就可得到最大应力2.6 典型局部应力8应力集中系数曲线应力集中系数曲线910RTr图中图中 是开孔系数，是开孔系数，r 接管平均半径，接管平均半径， R壳体平均半径，壳体平均半径， T壳体壁厚壳体壁厚RT为边缘效应的衰减长度。为边缘效应的衰减长度。故开孔系数故开孔系数 表示开孔大小和壳体局部应力表示开孔大小和壳体局部应力衰减长度的比值衰减长度的比值2.6 典型局部应力11Kt随着开孔系数的增大而增大随着开孔系数的增大而增大随壁厚比随壁厚比t/T

4、的增大而减小的增大而减小内伸式接管的应力集中系数较小内伸式接管的应力集中系数较小降低应力集中系数措施：降低应力集中系数措施：增大接管、壳体的壁增大接管、壳体的壁厚；合理布置接管；在有效补强范围内补强厚；合理布置接管；在有效补强范围内补强 2.6 典型局部应力应力集中系数曲线使用范围：应力集中系数曲线使用范围：0.010.01 0.40.4Rr 30 30 150150TR1213椭圆形封头上接管连接处的局部应力，椭圆形封头上接管连接处的局部应力，只要将椭圆曲率半径折算成球的半径，只要将椭圆曲率半径折算成球的半径，就可采用球壳上接管连接处局部应力的计算方法。就可采用球壳上接管连接处局部应力的计算

5、方法。2.6 典型局部应力1415应力指数应力指数是所考虑的各是所考虑的各应力分量与壳体在无开应力分量与壳体在无开孔接管时的环向应力之孔接管时的环向应力之比。比。应力指数法已列入中国、应力指数法已列入中国、美国、日本等国家压力美国、日本等国家压力容器容器分析设计标准分析设计标准。见见钢制压力容器钢制压力容器分析设计标准分析设计标准P1592、应力指数法、应力指数法1617用无因次参量表示应力集中系数用无因次参量表示应力集中系数Decock 公式公式2.6典型局部应力0.1820.3670.3820.148002.8()()()()100,0.094.3,0.512.5trDdtKTDTtrDt

6、TTt适用范围Rodavaugh公式公式221 251.4240,0.0482.8,0.041.0tddtdDDDTDTKtdtTDTDtdTTD 适用范围118 应力数值计算的方法比较多，如差分法、变分法、有限应力数值计算的方法比较多，如差分法、变分法、有限单元法和边界元法等。但目前使用最广泛的是有限单元法。单元法和边界元法等。但目前使用最广泛的是有限单元法。有限单元法的基本思路：有限单元法的基本思路： 将连续体离散为有限个单元的组合体，以单元结点的参将连续体离散为有限个单元的组合体，以单元结点的参量为基本未知量，单元内的相应参量用单元结点上的数值插量为基本未知量，单元内的相应参量用单元结点

7、上的数值插值，将一个连续体的无限自由度问题变成有限自由度的问题，值，将一个连续体的无限自由度问题变成有限自由度的问题，再利用整体分析求出未知量。显然，随着单元数量的增加，再利用整体分析求出未知量。显然，随着单元数量的增加，解的近似程度将不断改进，如单元满足收敛要求，近似解也解的近似程度将不断改进，如单元满足收敛要求，近似解也最终收敛于精确解。最终收敛于精确解。2.6 典型局部应力1920实验应力分析方法直接测量计算部位的应力，实验应力分析方法直接测量计算部位的应力，是验证计算结果可靠性的有效方法。是验证计算结果可靠性的有效方法。常用实验应力分析方法常用实验应力分析方法电测法电测法光弹性法光弹性

8、法2.6 典型局部应力21应力测试应力测试电测法电测法2223光弹性法光弹性法24方法方法合理的结构设计合理的结构设计减少附件传递的局部载荷减少附件传递的局部载荷尽量减少结构中的缺陷尽量减少结构中的缺陷2.6 典型局部应力252.6 典型局部应力26两连接件变形不协调会引起边缘应力。两连接件变形不协调会引起边缘应力。壳体的刚度与材料的弹性模量、曲率半径、壁厚等因素有关。壳体的刚度与材料的弹性模量、曲率半径、壁厚等因素有关。设法减少两连件的刚度差，是降低边缘应力的有效措施之一。设法减少两连件的刚度差，是降低边缘应力的有效措施之一。2.6 典型局部应力27举例28几何形状或尺寸的突然改变是产生应力

9、集中的主要原因之一。几何形状或尺寸的突然改变是产生应力集中的主要原因之一。在结构不连续处应尽可能采用圆弧或经形状优化的特殊曲线过在结构不连续处应尽可能采用圆弧或经形状优化的特殊曲线过渡。渡。2.5 典型局部应力29举例30举例31在有局部载荷作用的壳体处，适当给以补强。在有局部载荷作用的壳体处，适当给以补强。例如，壳体与吊耳的连接处、卧式容器与鞍式支座例如，壳体与吊耳的连接处、卧式容器与鞍式支座连接处，在壳体与附件之间加一块垫板，可以有效连接处，在壳体与附件之间加一块垫板，可以有效地降低局部应力。地降低局部应力。2.5 典型局部应力32举例33举例34根据载荷的情况，选择适当的开孔位置、方向和

10、形状。根据载荷的情况，选择适当的开孔位置、方向和形状。如椭圆孔的长轴应与开孔处的最大应力方向平行，孔尽量开如椭圆孔的长轴应与开孔处的最大应力方向平行，孔尽量开在原来应力水平比较低的部位，以降低局部应力。在原来应力水平比较低的部位，以降低局部应力。2.5 典型局部应力35 如果对与壳体相连的附件采取一定的措施，就可以减少附如果对与壳体相连的附件采取一定的措施，就可以减少附件所传递的局部载荷对壳体的影响，从而降低局部应力。件所传递的局部载荷对壳体的影响，从而降低局部应力。例如：例如：对管道、阀门等设备附件设置支撑或支架，可降低这对管道、阀门等设备附件设置支撑或支架，可降低这 些附件的重量对壳体的影响；些附件的重量对壳体的影响；对接管等附件加设热补偿元件可降低因热胀冷缩所产对接管等附件加设热补偿元件可降低因热胀冷缩所产 生的热载荷。生的热载荷。2.5 典型局部应力36 在压力容器制造过程中，由于制造工艺和具体操作等在压力容器制造过程中，由于制造工艺和具体操