2022年力学与强度.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载力 学 与 强 度（教 案）20XX 年 9 月名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载主要内容 第一部分 材料力学基本学问 一、构件的承载方式 二、应力与应变 三、低碳钢的拉伸试验及其机械性能 四、拉伸和压缩的强度条件 五、复杂应力状态 六、强度理论 其次部分 锅炉压力容器压力管道强度概论 一、 锅炉压力容器压力管道载荷种类 二、 锅炉压力容器压力管道常规设计中的强度掌握原就（名义应力）三、 边缘应力 四、 分析设计中的应力分类与掌握

2、原就 五、 热应力 六、 应力集中与疲惫 七、 有限元方法在锅炉压力容器应力分析中的应用名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载第一部分 材料力学基本学问 一、构件的承载方式 构件的简洁承载方式分为：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转；下 面以杆件分别予以说明；表 1-1 杆件的基本变形形式杆件受到作用线与杆轴线重合的大小相等,方向相反的拉力,这 时杆件承担拉伸作用,其变形称为拉伸变形；杆件受到作用线与杆轴线重合的大小相等,方向相反的压力,这 时杆件承担压缩作用,其变形称为压缩变形；杆件承担与其轴线垂直的力的

3、作用,或承担弯矩作用,这时杆件 承担弯曲作用,产生的变形称为弯曲变形；杆件受到作用线与杆轴线垂直,距离很近的大小相等、方向相反 的两个力的作用时, 这时杆件承担剪切作用, 产生的变形称为剪切变名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载形；杆件受到在垂直于杆轴平面内的大小相等、转向相反的两个力偶 作用,杆件就承担扭转作用,产生的变形称为扭转变形；复杂承载状况往往是上述几种承载形式的组合,或同一种或几种 承载方式在不同方向上的组合； 如汽车的驱动轴同时承担扭转、 弯曲、剪切作用；再如气瓶的圆筒部分承担沿轴向和

4、环向双向拉伸作用；二、应力与应变 物体承担外载荷后, 在其剖面上存 在内力；单位面积上的内力称为应力,依据剖面的方向不同和载荷的类型不 同,在剖面上存在垂直于剖面方向拉、压应力（称正应力） 和平行于剖面方向 的剪应力作用； 以杆件拉伸为例加以介 绍；争论图 11a所示的杆件 AB；杆 件承担拉伸载荷 P,我们用与轴线垂直的平面图 1-1 杆受力分析 mn 将杆件分割,在横截面存在内力 N；如横截面面积为 A,就作用在单位横截面面积上的内力的大小为：名师归纳总结 式中NP A1-1 第 4 页,共 33 页A称为截面上的正应力,方向垂直于横截面；- - - - - - -精选学习资料 - - -

5、 - - - - - - 学习必备 欢迎下载杆件在拉伸或压缩时,其长度将发生转变,如杆件原长为 L,受轴向拉伸后其长度变为 L+ L,L 称为肯定伸长；试验说明,用同样材料制成的杆件, 其变形量与应力的大小及杆件原长有关；截面积相同、受力相等的条件下,杆件越长,肯定伸长越多；为了准确地表示变形程度,引入单位长度上的伸长量：L L 1-2 式中 称为相对伸长或线应变,它是一个没有单位的数量；三、低碳钢的拉伸试验及其机械性能 金属在拉伸和压缩时的机械性能是正确设计、安全使用机器设备 零件的重要依据；材料的机械性能只有在受力作用时才能显示出来,所以它们都是通过各种试验测定的；测定材料性能的试验种类很

6、多,最常用的几项性能指标是通过拉伸测出；试验说明,杆件拉伸或压缩时的变形和破坏,不仅和受力的大小 有关,而且和材料的性能有关； 低碳钢是工程上最常用的材料,它们 的机械性能也比较典型；下面重点讨 论低碳钢拉伸试验；试件是按标准尺寸制作的,以便能 统一比较试验的结果；对于圆形截面图 1-2 拉伸标准试件拉伸标准试件,标距 L 0 与直径 d0 之间有如下关系 图 1-2；长试件：L 0 10d 0 短试件：L 0 5d 0规定 d 0 10 mm试验时,先量出试件的标距L0 和直径 d0,然后将试件装在材料试名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 33 页精选学习资料 - - -

7、 - - - - - - 学习必备 欢迎下载验机上,启动加力机构, 缓慢增加拉力 P 直至断裂为止； 在加力过程中随时记录载荷P 和相应的变形量L 的数值；同时仍要留意观看试件变形和破坏的现象；目前的材料试验机均配有运算机数据采集系统,在试验时,通过图 1-3 拉伸试验 P- L 曲线图 1-4 拉伸应力 -应变曲线运算机采数, 可采集载荷 P 和位移L,在坐标纸上以横坐标表示L,纵坐标表示 P,画出试件的受力与变形关系的曲线,这个曲线称为拉伸曲线；图 1-3 所示为低碳钢的拉伸曲线；拉伸试验所得结果可以通过P- L 曲线全面反映出来,但是用它来直接定量表达材料的某些机械性质仍不甚便利；由于材

8、料即使一样,但试件尺寸不同时,我们会得到不同的P- L 曲线；为排除试件尺寸的影响, 将图的坐标进行变换： 纵坐标 P 除以试件原有横截面面积,变换成应力,横坐标 L 除以试件原长 L0,变换成应变；这样得到的- 曲线就与试件尺寸无关, 称为应力 -应变图 图 1-4,它直接反映了材料的机械性能；下面就以应力 拉伸时表现出的主要机械性能；-应变图为依据来分析低碳钢图 14 为低碳钢拉伸的应力应变曲线； 明显它与载荷位移曲线相似；这条曲线大体上可以分成四个阶段：OA、BC、CD、DE；下面名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - -

9、 - 学习必备 欢迎下载逐段进行分折；1弹性变形阶段在 - 图上, OA 这段表示弹性阶段；在这个阶段内,变形是完全弹性的；即假如在试件上加载,使其应力不超过A 点所对应的应力,那么卸载后试件将完全复原原先外形；因此 A 点所示的应力是保证材料不发生不行复原变形的最高限值,我们称这个应力值为材料的弹性极限,用p表示；例如 Q235-A 钢的p200MPa；在弹性阶段内,应力与应变成正比,即E 1-3 式中 E 为比例常数,称为材料的弹性模量,为材料常数；材料 E值的大小反映的是材料抗击弹性变形才能的高低；E 的单位与应力相同；低碳钢的 E2.02.1 105MPa ,其它材料的 E 值可查材料

10、手册；以上我们所争论的变形都是指杆的轴向伸长或缩短,实际上当杆沿轴向 纵向伸长时,其横向尺寸将缩小；反之,当杆受到压缩时,其横向尺寸将增大；设杆的原直径为d,受拉伸后直径缩小为d1,就其横向收缩应为：dd1d0LL 为正值,其横令d1-4 d称 为横向线应变； 当杆受拉伸时,其纵向线应变0向线应变 为负值；试验已证明,弹性阶段拉 压杆的横向应变与轴向应变之比的肯定值是一个常数,即名师归纳总结 1-5 第 7 页,共 33 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载称为横向变形系数或泊桑比,是一无量纲的量, 其数值随材料而异,也是通过试验测定

11、的；表 1-2 给出常用材料弹性模量及横向变形系数的值；表 1-2 常用材料弹性模量及横向变形系数的值材料名称牌号弹性模量 E 泊桑比（105MPa）低碳钢2.02.1 0.240.28 中碳钢45 2.05 0.250.30 低合金钢16Mn 2.0 合金钢40CrNiMoA 2.1 0.230.27 灰口铸铁0.61.62 球墨铸铁1.51.8 0.33 铝合金LY12 0.71 硬质合金3.8 0.160.18 混凝土0.1520.36 木材顺纹 0.090.12 2屈服阶段、屈服极限s应力超过弹性极限以后,曲线上升坡度变缓,很快我们就发觉,在 B 点邻近,试件的应变量是在应力基本保持不

12、变的情形下不断增长；这种现象说明,当试件内应力达到B 点所对应的应力值s 时,材料抗击变形的才能临时消逝了,它不再像弹性阶段, 随着变形量的增大而不断增大抗力了； 于是人们就形象地比如说, 材料这时对外力“ 屈服” 了,并把显现这种现象的最低应力值s 称作材料的屈服极限；名师归纳总结 例如 Q235-A 钢的s =235MPa；试件内的应力达到屈服极限以后所发第 8 页,共 33 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载生的变形,经试验证明是不行复原的变形,这时即使将外力卸掉,试 件也不会完全复原原先的外形；材料显现屈服现象,就会有较大的

13、塑性变形；这对一般零件都是 不答应的； 因此,一般认为应力到达屈服极限是材料丢失工作才能的 标志；一般零件的实际工作应力,都必需低于 s ；对于没有明显屈服极限的材料, 规定用显现 0.2%塑性变形时的应 0.2 表示；力作为名义屈服极限,用 3强化阶段、强度极限 b曲线过 C 点以后,又逐步上升,表示经过屈服阶段以后,材料又 显示出抗击变形的才能； 这时要使材料连续发生变形, 就必需连续增加外力,这种现象称为材料的强化现象；CD 一段称为强化阶段；强化阶段的顶点 D 所对应的应力是材料所能承担的最大应力,称为强度极限,以 b 表示；例如 Q235-A 钢的 b =375500Mpa 4颈缩阶

14、段、延长率 和截面收缩率应力到达强度极限时,试件不再匀称地变形,在试件某一部分的截面,发生显著的收缩,即所谓颈缩现象,见图14；过了 D 点以后,因颈缩处横截面面积已显著减小,抗击外力的才能也连续减小,变形仍是连续增加,载荷下降,达到E 点时,试件发生断裂；在图 14 中,试件将要断裂时的总应变 包括弹性应变和塑性应变为 OF；在试件断裂后,弹性应变 t FG 立刻消逝,而塑性应变p OG 遗留在试件上；试件断裂后所遗留下来的塑性变形的大小,可以用来说明材料的塑性性能；一般有下面两种表示方法：延长率 ,以试件断裂后的相对伸长来表示,即名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 33

15、 页精选学习资料 - - - - - - - - - L1L0L0100%学习必备欢迎下载1-6 式中 L0是试件原先的标距长度, L1是指断裂后试件量出的标距长度；值所反映的是材料在断裂前最大能够经受的塑性变形量；值越大,说明材料在断裂前能够经受的塑性变形量越大,也就是说材料的塑性越好；所以值是评判材料塑性好坏的一个指标；通常将5% 的材料称为塑性材料,如钢、铜、铝及塑料等；5%的材料称为脆性材料,如铸铁、陶瓷、混凝土、玻璃等；低碳钢的 值可达 2030,被认为具有良好的塑性；而灰铸铁的 值只有约 1,它被认为是较典型的脆性材料；一般我们把具有较大值的材料称为塑性材料, 反之就称为脆性材料；

16、但是也应当指出塑性材料在肯定的条件下也会发生脆性断裂,即在不发生明显变形的情形下突然断裂；力条件下也会产生较明显的塑性变形；反之,脆性材料在某些特定受 所以我们应当明确, 依据常温、静载、经简洁拉伸试验所作出的 值来区分材料塑性的好坏,虽然在 大多数情形下是可以的, 但也不是肯定的, 影响材料塑性的仍有受力 状态的因素和温度；试件在拉伸时,它的横截面积要缩小,特殊是缩颈处试件被拉断时,其横截面积缩小得更多；所以也可用横截面收缩率来表示材料塑性的好坏,的含意是：A 0A 0A 1100 %1-7 式中 A0 是试件原先的截面面积, A1 是试件断裂后颈缩处测得的最小 截面面积；低碳钢的 值约 6

17、0%；总结上述争论可以看出,反映材料机械性能的主要指标是：名师归纳总结 1.强度性能, 用屈服极限s 和强度极限b 来表示, 反映材料抗击第 10 页,共 33 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载破坏的才能；2.弹性性能,用弹性模量 力；E 来表示,反映材料抗击弹性变形的能3.塑性性能,用延长率和截面收缩率来表示,反映材料具有的塑性变形的才能；四、拉伸和压缩的强度条件 假如直杆受到的是简洁拉伸作用,应力表达式为：P A1-8）随着 P 力增大,杆内应力值跟着增加, 从保证杆的安全工作动身,杆的工作应力应规定一个最高的答应值,这个答应

18、值是建立在材料机械性能基础之上的,称作材料的许用应力,用表示；为了保证拉 压杆的正常工作,必需使其最大工作应力不超过材料在拉伸 压缩时的许用应力,即或N1-9 1-10 A式19和式110都称作受拉伸 压缩直杆的强度条件； 意思就是保证杆在强度上安全工作所必需满意的条件；不同材料在不同温度下的许用应力可以在标准上查到；五、复杂应力状态在工程实际中, 多数构件受力情形比较复杂, 通常在不同的方向名师归纳总结 和不同位置承担不同种类的载荷；这样反映到某点的应力状态,就呈第 11 页,共 33 页现为复杂应力状态； 一点的应力状态通常用微六面体表达；如图 1-5；- - - - - - -精选学习资

19、料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载正应力作用方向与其作用平面垂直的应力称为正应力；通常用 x、y、z表示；脚标代表剪应力的作用方向；剪应力作用方向与其作用平面平行的应力称为剪应力；通常用 xy、 xz、 yz 等表示,脚标代表剪应力的作用平面和方向；最大剪应力在微六面体不同的截面上剪应力不同,这样在某个平面上可能显现最大剪应力；主应力剪应力为零的平面上的正应力称为主应力；用 1、 2、 3表示；三个主应力存在如下关系： 123,为1叫做最大主应力；确定了微六面体各平面上的正应力和剪应力后,就确定了该点的应力状态； 通过这些正应力和剪应力, 可以用公式或程序运算三个主应力

20、和最大剪应力；这些公式及程序不再表达；六、强度理论（一）强度理论的概念名师归纳总结 材料的很多力学性能 s,b是通过拉伸试验确定的, 材料在试验第 12 页,共 33 页机上作拉伸试验时, 试件内各点均处于单向应力状态,假如所设计或- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载校核的构件其危急点的应力状态也是处于单向应力状态,那么就可以直接依据试验结果建立强度条件；但是工程中的很多构件,其危急点处于复杂应力状态,例如受压容器的筒壁,它的危急点就是处于二向应力对薄壁容器 或三向应力对厚壁容器 状态；车轴在弯曲和扭转的联合作用下危急点处于二向 应力状

21、态； 这时材料的破坏明显应当和三个主应力有关,假如仍旧采取直接试验的方法来确定材料的极限应力,那么就需要依据不同比值的三个主应力1、2 和3进行试验,由于各种比值的组合有无限多种可能性,要进行这样多的试验是不切实际的；于是人们不得不转向研究材料破坏的类型及其缘由；假如能够找出同一类型破坏的共同因 素,不论产生这种破坏的构件其危急点的应力状态是单向的、二向的或者是三向的,那么就可以通过在简洁应力状态下所得的试验结果,来估计材料在复杂应力状态下的强度,件；从而进一步建立相应的强度条长期以来人们依据对材料破坏现象的分析提出了各种假说,认为材料的某一类型的破坏是由某种因素引起的,这种假说通常就称为强度

22、理论；一种强度理论是否能够成立, 或者是在什么样的条件下能够 成立,除了在提出这一理论时要有依据外,仍应经受实践的检验；（二）材料的两种破坏形式 材料的破坏可分为两类,即脆断破坏和屈服破坏；受到单向拉伸的塑性材料在断裂之前会发生显著的塑性变形,这时构件往往就失去了正常工作的才能,因而从工程意义上来说, 构件名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载发生整体的或大范畴的塑性变形就算是一种破坏标志,而不必等到出 现断裂；脆性材料受单向拉伸时,在断裂之前并不发生明显的塑性变形,所以对于脆性材料, 断裂是破坏的

23、标志； 但是塑性材料也会显现脆性断裂即断裂前不发生明显的塑性变形,脆性材料也可能发生塑性变形,这与应力状态有关；一种材料在不同的应力状态下,可能发生不 同类型的破坏；譬如,塑性材料处于三向拉伸应力状态下时,往往发 生脆性断裂； 而脆性材料假如处于三向受压的应力状态,有时也会出 现明显的塑性变形；（三）四个基本的强度理论1、最大拉应力理论（第一强度理论）这个理论在 17 世纪就已提出, 是最早的强度理论, 又称第一强度 理论；提出这个理论的依据是： 当作用在构件上的外力过大时,其危 险点处的材料就会沿最大拉应力所在截面发生脆断破坏；这个理论对于脆断缘由所作的假说是：最大拉应力1 是引起材料脆断破

24、坏的因素；也就是认为不论在什么样的应力状态下,只要构件内一点处的三 个主应力中最大的拉应力 1到达材料的极限值 jx ,材料就会发生脆 断破坏；至于材料的极限值就可由通过任意一种使试件发生破坏的试 验来确定；在简洁拉伸试验中,三个主应力有两个是零,最大主应力就是试 件横截面上该点的应力,当这个应力达到材料的极限强度 b 时,试 件就断裂；因此,依据第一强度理论,通过简洁拉伸试验,可知材料名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载的极限应力就是 b ；于是在复杂应力状态下,材料的破坏条件是1ba 考虑安全

25、系数以后的强度条件是1（1-11）应当指出,上式中的1 必需为拉应力；在没有拉应力的三向压缩应力状态下,明显是不能采纳第一强度理论来建立强度条件的；这一理论基本上能正确反映出某些脆性材料的强度特性；用铸铁圆筒作试验, 使其承担内压并另加轴向拉力,其试验结果与最大拉应力理论符合得较好；所以这一理论可用于承担拉应力的某些脆性金 属,例如铸铁；2、最大伸长线应变理论（其次强度理论）习惯上称其次强度理论；这一强度理论的依据是：当作用在构件 上的外力过大时, 其危急点处的材料就会沿最大伸长线应变的方向发生脆断破坏； 这一理论对脆断缘由所作的假说是：最大伸长线应变1是引起材料脆断破坏的因素；也就是认为不论

26、在什么样的应力状态下,只要构件内一点处的最大伸长线应变1 到达了材料的极限值jx ,材料就会发生脆断破坏； 与前述道理相同, 材料的极限值就可通过任 意一种使试件发生脆断破坏的试验来确定；材料的脆断破坏条件为式中1jxjx（b）Ejx 是单向拉伸试件在拉断时其横截面上的正应力；在复杂应力状态下一点处的最大线应变为名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 11123学习必备欢迎下载E代入式（ b）得12jx；故对危急E123E或13jx将上式右边的jx 除以安全系数即得材料的容许拉应力点处于复杂应力状态的构件,按其次强度理

27、论所建立的强度条件是：123（1-12）然而用铸铁制成的薄壁圆管试件在静载荷的内压、轴向拉（压）以及扭转的外力偶矩联合作用下进行的试验说明,其次强度理论并不比第一强度理论更符合试验结果； 工程实际中更多地采纳第一强度理 论；3、最大剪应力理论（第三强度理论）习惯上又称第三强度理论；提出这个理论的依据是,当作用在构 件上的外力过大时 ,其危急点处的材料就会沿最大剪应力所在截面滑 移而发生屈服破坏, 这一理论在对屈服破坏缘由所作的假说是：最大 max 是引起材料屈服破坏的因素； 也就是认为不管在什么样的 剪应力应力状态下,只要构件内一点处的最大剪应力max 达到材料的极限值jx ,该点处的材料就会

28、发生屈服破坏；至于材料的极限值就可由通过任意一种使试件发生屈服破坏的试验来确定；对于象低碳钢这一类的塑性材料 ,在单向拉伸试验时材料就是沿斜截面发生滑移而显现明 显的屈服现象的； 这时试件在横截面上的正应力就是材料的屈服极限s,而在试件斜截面上的最大剪应力（即 45 o斜截面上的剪应力）等名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载于横截面上正应力的一半； 于是,对于这一类材料, 就可以从单向拉伸试验中得到材料的极限值jxjxs 2所以,依据这一强度理论的观点,屈服破坏条件是maxjxs（c）2在复杂应力

29、状态下一点处的最大剪应力为其中：max113所以,式21 和3 分别为该应力状态中的最大和最小主应力；（c）又可改写为11131s,故对危急22或3s将上式右边的s 除以安全系数即得材料的容许拉应力点处于复杂应力状态的构件,按第三强度理论所建立的强度条件是：13（1-13）这一理论的缺点是没有考虑中间主应力2 对材料屈服的影响；4、外形转变比能理论 第四强度理论 这一理论通常也称为第四强度理论；它对屈服破坏缘由所作的假说是：设外形转变比能u 是引起材料屈服破坏的因素；也就是说不论在什么样的复杂应力状态下, 只要构件内一点处的外形转变比能达到材料的极限值udjx,该点处的材料就会发生屈服破坏；什

30、么是外形转变比能 . 物体在外力作用下会发生变形,这里所说的变形,既包括有体积名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载转变也包括有外形转变； 当物体因外力作用而产生弹性变形时,外力在相应的位移上就作了功, 同时在物体内部也就积蓄了能量；例如钟表的发条 弹性体 被用力拧紧 发生变形 此外力所作的功就转变为发条所积蓄的能； 发条在放松过程中靠它所积蓄的能,使齿轮系统和指针连续转动, 这时发条又对外作了功； 这种随着弹性体发生变形而积蓄在其内部的能量称为变形能； 在单位变形体体积内所积蓄的变形能称为变形比能

31、；由于物体在外力作用下所发生的弹性变形既包括物体的体积改变,也包括物体的外形转变,所以不难懂得,弹性体内所积蓄的变形比能也应当分成两部分：一部分是外形转变比能u ,一部分是体积转变比能 u ；它们的值可分别按下面的公式运算ud112223232312（1-14）6 1E 2u12（1-15）6E这两个公式说明,在复杂应力状态下,物体外形的转变及所积蓄的外形转变比能是和三个主应力的差值有关；而物体体积的转变及所积蓄的体积转变比能是和三个主应力的代数和有关；在简洁拉伸条件下,试件发生屈服时,将1s,230代入,材料的外形转变比能极限值应为u djx1E226s于是依据第四强度理论, 复杂应力状态下

32、材料显现屈服破坏的条件是名师归纳总结 ududjx,即第 18 页,共 33 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1E122232学习必备1欢迎下载E22d 21636s即1122232312s2考虑安全系数以后的强度条件是12 1 2 22 3 23 1 2 （1-16）留意到上式右边的三个主应力之差分别为三个最大剪应力的两倍,因此,第四强度理论从物理本质上讲,也可归类于剪切型的强度理论；上述的四个强度理论在选用时应考虑以下各点：1 对于脆性材料, 常发生的是脆性断裂, 应采纳第一强度理论或其次强度理论；对于塑性材料常因塑性屈服而失去工作才能,所以多

33、采纳第三或第四强度理论；2从第三或第四强度理论中可以发觉,强度条件都和主应力的差值有关；这就是说, 假如材料是处在三向拉伸应力状态下,假如三个主应力的差值又不随着主应力的增加而增大的话,那么不论是塑性材料仍是脆性材料, 当主应力增大到肯定程度时, 都将发生脆性断裂破 坏；所以在三向拉伸应力状态下,应采纳第一强度理论；（3）在三向压缩应力状态下,正应力对破坏不起直接作用,但剪 应力会随着三个主应力的增加而增大,当剪应力达到肯定的程度时,不管是塑性材料仍是脆性材料,用第三或第四强度理论；都会显现塑性屈服或剪断, 所以应采四个强度理论所建立的强度条件可统一写作名师归纳总结 *（1-17）第 19 页

34、,共 33 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载式中的 * 是依据不同强度理论所得到的构件危急点处三个主应力的某些组合； 由于从公式 （1-17）的形式看来, 这种主应力的组合 * 和单向拉伸时的拉应力在安全程度上是相当的,因此通常称 * 为相当应力；可以将四个强度理论的相当应力表达式归纳如表 1-3 所示；表 1-3 四个强度理论的相当应力表达式名师归纳总结 强度理论的名称及分类相当应力表达式2323312第一类强度理论第一强度理论 最*11（脆断破坏的理大拉应力理论论）其次强度理论 最* 21大伸长线应变理论*其次类强度理论第三强

35、度理论 最313（屈服破坏的理大剪应力理论*1122论）第四强度理论 形状转变比能理论42第 20 页,共 33 页2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载其次部分 锅炉压力容器压力管道强度概论 一、锅炉压力容器压力管道载荷种类 锅炉压力容器在运行过程中所承担的载荷有：压力载荷、重力载 荷、接管载荷、温度载荷（热应力） 、疲惫载荷、风载荷、地震载荷、残余应力等；1. 压力载荷： 指锅炉压力容器工作介质造成的内部压强或内外部 压强差,液柱静压力通常也包括在内； 对锅炉通常有锅筒 /锅壳 工作压力、出口压力、额定压力等,对压力容器,通常有设计

36、 压力、运算压力、最高工作压力、操作压力等,是强度运算中 所考虑的主要载荷；2. 重力载荷：指由于设备内件、梯子平台、保温绝热、外挂件等 引起的重力载荷；3. 接管载荷： 接管外连管道或其它设备对所考察设备带来的推拉 力、剪切力、扭矩、弯矩等；在接管强度运算中应当考虑；4. 温度载荷：金属材料受热 /冷却膨胀 /收缩受阻而产生的载荷；5. 疲惫载荷：介质压力载荷、温度载荷周期性或非周期性变化会使设备在高应力区域产生疲惫裂纹；荷；这种载荷形式称为疲惫载6. 风载荷：由于空气流过设备外周时会造成迎风面和背封面压力 不同而造成的载荷；对大型、高耸的户外安装的锅炉和压力容器需要考虑风载荷；7. 地震载

37、荷：地震过程中的水平震惊和垂直震惊造成的载荷；名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载（属于惯性载荷）；8. 残余应力：由于焊接、冷作成型、强力组装等因素造成的残留在设备材料内部的应力, 这种应力可能会造成设备的应力腐蚀裂纹和疲惫裂纹；二、锅炉压力容器压力管道常规设计中的强度掌握原就锅炉压力容器强度运算中,依据不同的设备类型和标准规范,需要考虑上述各种载荷或其中部分载荷；然而由于常规的设计方法是以简便易行为基本原就,其强度运算以考虑介质造成的压力为主；强度掌握原就为：运算应力水平 许用应力 对典型的内

38、压力作用下的薄壁圆筒体,主要存在两个应力, 分别为环向应力 环、轴向应力（经向应力） 轴,径向应力 径通常忽视不计；对薄壁筒体,依据内径公式运算上述应力：PDiPDi轴4 S环2S可见环向应力为轴向应力的2 倍；对锅炉强度运算,许用应力须考虑焊缝减弱、成排开孔减弱、工作条件等因素,对压力容器,通常需要考虑焊缝的减弱作用；关于锅炉压力容器的强度运算,在后续的课程分别按锅炉和压力容器进行讲解；三、边缘应力在筒体与封头、锅壳与管板等的连接位置,在承担内压力时,由于沿半径的自由变形不同而相互牵制,造成很大的剪力和弯矩, 造成名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 33 页精选学习资料

39、 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载很高的局部应力水平, 这个应力称为边缘应力； 它具有以下两个基本 特点：1. 局部性：不同性质的连接产生不同的边缘应力,但它们都具有 明显的衰减波特性,随着离开边缘的距离越大,边缘应力快速 衰减；2. 自限性：由于边缘应力是两个连接件弹性变形不一样,相互制 约而产生的, 一旦材料发生了塑性变形, 相互的约束就会缓解,边缘应力自动受到限制,这就是边缘应力的自限性；因此塑性 好的材料可以削减此位置的破坏危急性；边缘应力.ppt 四、分析设计中的应力分类与掌握原就 锅炉压力容器在工作过程中,一般要同时承担介质压力和肯定 的热应力等多种载荷； 由

40、于这些载荷性质彼此不同, 分布也是不匀称的,以及元件的几何外形也有变化等缘由,使元件的不同部位产生性质和数值不同的各类应力； 这些不同种类的应力对锅炉压力容器元件 强度的影响并不一样,有的相差甚至很大；长期以来,由于对上述不同种类的应力对元件强度的影响缺乏 精确的明白, 加之,运算也较困难,因而在承压元件的强度设计中仅依据介质压力引起的大面积平均应力进行运算,而其它应力用安全系数、结构限制甚至运行上的一些限制来掌握在安全范畴内；目前,在压力容器、核能设备、大型电站工程、长输管道等领域均已经开头应用,在压力容器行业在1995 年已经形成标准名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载JB4732-95钢制压力容器分析设计标准 ；锅炉行业虽然仍没有 形成特地的标准, 但现行标准中的很多规定与限制却是依据应力分类 原就制定的；锅炉压力容器事故分析