压力容器应力分类及限制

1、压力容器应力分类及限制.设计方法常规设计 压力容器设计基本上是采用传统的设计方法一“常 规设计”。常规设计是基于弹性失效准则，认为容器内某一最大 应力点一旦达到屈服限，进入塑性，丧失了纯弹性状态即为失效。 在分析方法上它是以板壳薄膜理论的简化为基础的，不考虑边缘 应力、局部应力及温差应力，也不考虑交变载荷引起的疲劳问题， 所有类型的应力均采用统一的许用应力值，为了保证安全，通常 采用较高的安全系数。分析设计 “分析设计”从设计思想上来说，就是放弃了传统 的弹性失效准则，采用弹塑性或弹性失效准则，允许结构出现可 控制的局部塑性区，采用这个准则，可以合理地放松对计算应力 的过严限制，适当地提高了许

2、用应力值，但又严格地保证了结构 的安全性。.应力分类一次应力 一次应力是平衡压力与其它机械载荷所必须的 应力，它是维持结构各部分平衡需要的，一次应力没有“自限性”， 所引起的塑性流动是不可限制的，不能靠本身的屈服变形来限制其大 小，当塑性区扩展到极限状态，即使载荷不在增加，结构仍产生不可 限制的塑性流动，直至破坏。一次应力分为一次总体薄膜应力Pm一次弯曲应力Pb局部薄膜应力P二次应力Q二次应力是满足元件间的约束及结构自身变形连续要求所需的 应力，它是同一次应力一起满足变形的相互协调，在材料有足够的延 性条件下，当二次应力处的局部材料发生屈服而进入塑性状态时，使 弹性约束得到缓解，二次应力不再上

3、升，原来不同的变形得到协调， 结果二次应力自动限制，这就是二次应力的自限性。二次应力还具有局部性，在连接处具有较高的峰值，但其作用范 围不大随离开边缘的距离增大而迅速衰减。例如离圆筒与封头连接处 为2.5VR6时弯曲应力已降低到应力峰值的5%。属于二次应力的如封头与筒体连接处的总体不连结构在内压作 用下由于边缘剪力和弯矩在筒体或封头上所应起的弯曲应力（边缘应 力），换热器在管壳上的温差应力（热应力）均属二次应力。.边缘应力的基本概念当圆筒形壳与圆球形壳或椭圆形壳相连的零部件受压后，各自产 生的变形是不一致的，称为变形不连续。但们们是连成一体的，两连 接处附近接处附近将相互产生约束，除内压产生的

4、膨胀外，还会产生 附加的弯曲变形。与弯曲相对应，壳壁内将产生弯矩和剪力，对薄壁 壳体来说，由此产生的弯曲应力有时比薄膜应力大得多，两连接件刚 度相差越大，产生的应力也将越大。在实际结构中，成以圆筒与平盖连接时的边缘应力为最大。该应力由于只发生在两连接件的边界处，所以称为边缘效应力或称为不连续应力。1） 边缘应力的特性由边缘力和边缘力矩引起的边缘力具有以下两个特点：（1）局限性（2）自限性2） 设计中对边缘应力的考虑（1）由于边缘应力具有局限性，设计中可以在结构上只作局部处理， 例如改变连接处的结构，保证边缘焊接的质量，降低边缘区的 残余应力，避免边缘区附加的局部应力集中（如应避免在边缘 区开孔

5、。）（2）只要是塑性材料，即使边缘区应力超过材料的屈服极限，邻近 尚未屈服的弹性区能够限制塑性变形的发展，使容器仍处于安 定状态（安定性理论）。故大多数塑性材料所制成的容器，如低 碳钢、奥氏体不锈钢。当受静载荷时，除在结构上需作某些处 理外，一般并不对边缘应力作特殊考虑。（3）在下列情况下应考虑边缘应力a塑性较差的高强度钢制压力容器b低温下操作的铁素体制的重要压力容器受疲劳载荷作用的压力容器受核幅射作用的压力容器这些压力容器，若不注意控制边缘应力，在边缘高应力区有可 能导致脆性破坏或疲劳。因此必须正确计算边缘应力并按 JB4732-95钢制压力容器分析设计进行设计。峰值应力F峰值应力附加在一次和二次应力之上的应力增量，此增量源与局 部不连续的影响。他不会引起任何明显变形而使整个断面实效。它 仅仅是疲劳裂纹产生的根源。这类应