JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介

JB4732

钢

制

压

力

容

器

分

析

设

计

应

力

分

类

过

程

简

介应力分类的依据：

对容器强度失效所起作用的大小判断的依据：

(1)应力的作用区域和分布形式(2)应力产生的原因(3)对失效的影响主要的应力形式：

一次应力，二次应力，峰值应力一

、JB4732

应力分类简介：一次弯曲应力P

。

沿壁厚成线性分布的应力一次局部薄膜应力PL在结构不连续区产生的薄膜应力(

一

)

一次

应

力

P——平衡外加机械载荷所必须的应力

基

本

特

征

：

非

自

限

性一次总体薄膜应力Pm容器总体范围内存在(二

)

二次应力

Q——相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的

正应力或切应力基本特征：自限性①

总体结构不连续处

的弯

曲应力→

②

总

体

热

应

力(三)峰值应力

F——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应力强度计算：应

力

强

度

：

该点最大主应力与最小主应力之差

五类基本的应力强度：

S,,Sn,Sm,Sw

和

Sv(1)一次总体薄膜应力强度

Sr(2)一次局部薄膜应力强度

Sπ(3)一次薄膜(总体或局部)加一次弯曲应

(

PL+P。)强度

Sm(4)一次加二次应力

(

PL+P。+Q)强度

Siv(5)峰值应力强度

Sv

(

由PL+P。+Q+F

算得)限制条件：S₁≤KSmK----载荷组合系数，K=1.0~1.25(3)一次薄膜(总体或局部)加一次弯曲应力强度Sm(2)一次局部薄膜应力强度Sπ(1)一次总体薄膜应力强度S₁应力强度限制：限制条件：Sm

≤1.5KSm限制条件：Sπ

≤1.5KSm(4)一次加二次应力强度Siv限制条件：

Sv≤3Sm(5)峰值应力强度Sv限制条件：Sv≤SaS₃----由疲劳设计曲线得到的应力幅x有

否

动

载

荷

需

疲

劳

分

析N

N确

定

设

计

条

件结

构

分

析确

定

计

算

方

法

修

改

局

部结

构

参

数应

力

分

析

计

算强

度

评

定

是

否

合

格Y应

力

分

析

报

告图

6

应力分析实施步骤框图确

定

设

计

条

件结

构

分

析确

定

计

算

方

法应

力

分

析疲

劳

强

度

评

定二

、

应

力

分

类

法

具

体

操

作没

计

方

案

设

计载

荷

分

析N◎(1)对工程结构进行弹性分析，写出应力分析报告；◎

(2)根据应力分布规律选择进行强度校核的各截面位

置；压力容器部件关心的应力沿壁厚的分布规律及大

小，所以取通过应力最大值点沿最小壁厚方向的校核

线，如果其他方向上的应力水平更高则应补充校核；◎(3)对校核线上的应力分布作等效线性化处理，分解

出薄膜应力，

弯曲应力和非线性应力；◎(4)对于线性化后的应力根据标准释义中的相关规定

区分一次总体薄膜应力，

一次局部薄膜应力，

一

次弯

曲应力，

二次应力和峰值应力，并分别校核；应力分类的原则与实施：实例

：

球形封头裙座应力分析图1反应器结构简图

图2裙座应力计算模型应

力

分

析

结

果

：(JB4732

采用第三

强度

理

论

)POST13UE

=1TIME=13ECTION

FLOT3ECTIONCOORD150.991SINT141.347MEM+EEND131.701122.055|112.40910

2.763|93.117|83.47173.82564.179|54.533|0B.7DISTMECHANICAL

STRESS

ANALYSIS

SKIRT

SUPPORTING

ZONE

HYDROGENATION

REACTOR回

校核线1-1通过球壳与筒体连接位置，方向沿壁厚方向。

此处由于结构连续可能会产生较大的应力强度。之后

对校核线的应力分布做等效线性化处理。校

核

线

1

-

1

:ANSYSAPR

16201320:31:27NOD1=880

NOD2=354MEMBRANESINTTOTAL43.5图726.169.660.952.278.317.434.8路径MEMMBRANEMMEM+BENDPEAKTOTAL1-1

73.80

128.7

22.63

151.0MEMBRANE可能是一次总体薄膜应力也可能是一次局

部薄膜应力。

BEND可能是一次弯曲应力也可能属于二

次应力。

MEM

PLUS

BEND根据前2者可能是一次薄膜+

一

次弯曲(1.5kSm),

也可能是一次+二次应力(3Sm)。◎ANSYS只能把应力根据平均应力、线性化应力和非线性

化应力来区分薄膜应力弯曲应力和峰应力，

而不能分出总体薄膜应力和局部薄膜应力，

一次应力还是二次应

力

。**MEMBRANE.PLUS

BENDING

**

I=INSIDE

C=CENTERSXSYSZSXYSYZ0

-7.200120.0

90.01

9.567

0.000S1

S2

S3

SINTSEQV0

120.7

90.01-7.915

128.7116.4**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESX

SY

SZ

SXYSYZ0.8882E-15

22.62

5.628

-0.3288

0.000S1

S2

S3

SINTSEQV0

22.635.628-0.4779E-02

22.6320.41**TOTAL**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESX

SY

SZSXYSYZ口

一7.200

142.7

95.64

9.2390.000S1S2S3SINT

SEQV0

143.2

95.64-7.767

151.0133.7◎

JB4732中提到：符号Pm、P₁、P。、Q和F不是只表示一个

量

，

而

是

表

示σ,

o,

、

o

,

tw

、t,

、

t

一

组

共

六

个

应力分量。叠加是指每种分量各自分别叠加。O=OUTSIDE

SXZ0.000SXZ0.000SXZ

0.000容器部件位

登应力的起因应力的类型所属种类圆简形或球形亮体远离不连绩处的简体内

压总体薄膜应力沿壁序的应力梯度轴向温度梯度薄膜应力弯曲应力o

o和封头成法兰的连接处内

历薄膜应力弯曲应力PLQ任何简体或封头沿整个容器的任何截面外部载荷或力矩，

或内压沿蓝个截面平均的总体薄膜应力。应力分量垂直于横载面P=外部载荷或力矩沿整个截面的弯曲应力。应力

分量垂直于横截面Pm在接管或其他开孔的附近外部载荷或力矩，

或内压局部薄膜应力弯曲应力峰

值

应

力(

填

角

或

直

角

)oes任何位置壳体和封头间的温差薄膜应力寄曲应力oo碟形封头或锥形封头硬

部内

压薄膜应力弯曲应力n过渡区或和简体连接处内

压薄膜应力弯曲应力ep容器部件位

置应力的起因应力的类整所属种类平

盖中心区内

压薄膜应力穹曲应力和简体连接处内

压薄膜应力森曲应力多孔的封头或简体均句布置的典型管孔带K

力薄

膜

应

力(

沿

模

截

面

平

均

)弯曲应力(沿管孔带的宽度平均，但沿壁厚有应力梯度)峰值应力PP%F分离的或非典型的孔带压

力薄膜应力弯曲应力峰值应力心气h表4-

1

一些典型情况的应力分类Pmc◎

JB4732中一般钢材的设计应力强度值Sm为下列各

值中的最低值：(a)常温下标准抗拉强度下限值的1/2.6;(b)常温下屈服强度ReL(Rpo.2)的1/1.5;(a)设计温度下屈服强度Rte(Rtpo.₂)

的1/1.

5;求得

筒

体

与

封

头

主

体S

=153.7MPa

·

裙

座

结

构S路径1

-

1应力分类结果：1-173.80PL=Sπ≤1.5KSm128.7PL+P+Q=Sv≤3Sm151.0P|L+Po+Q+F=Sv≤Sa路径

MEMBRANE

MMEM+BEND

TOTAL校

核

线

0

-

0

:校核线0-0通过筒体最大应力处，方向沿壁厚方向，远

离结构不连续处。圆筒壳体薄膜应力理论解：Pm=PR/S=146.7MPa与有限元结果相对误差为2.7%球壳薄膜应力理论解：Pm=PR/2S=122.1MPa与有限元结果相对误差为0.2%PL+P,+Q+F=Sv≤SaPm+P+Q=Sv≤3SmMEM+BEND157.8Pm=Sπ≤KSm0-0

150.6TOTAL157.9路径MEMMBRANEMEM+BENDPEAKTOTAL3-311