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1、JB4732JB4732钢制压力容器分析钢制压力容器分析设计应力分类过程简介设计应力分类过程简介一、一、JB4732应力分类简介：应力分类简介：应力分类的依据应力分类的依据:对容器强度失效所起作用的大小对容器强度失效所起作用的大小判断的依据判断的依据:(1)应力的作用区域和分布形式应力的作用区域和分布形式 (2)应力产应力产生的原因生的原因 (3)对失效的对失效的影响影响主要的应力形式主要的应力形式:一次应力一次应力,二次应力二次应力,峰值应力峰值应力平衡外加机械载荷所必须的应力平衡外加机械载荷所必须的应力 基本特征：非自限性基本特征：非自限性 一次总体薄膜应力一次总体薄膜应力Pm一次弯曲应力
2、一次弯曲应力Pb一次局部薄膜应力一次局部薄膜应力PL容器总体范围内存在沿壁厚成线性分布的应力在结构不连续区产生的薄膜应力（一）一次应力（一）一次应力 P相邻部件的约束或结构的自身约束所引起相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应力或切的正应力或切应力应力 基本特征：自限性基本特征：自限性 (二）二次应力二）二次应力 Q 总体结构不连续处的弯曲应力总体结构不连续处的弯曲应力 总体热应力总体热应力 （三（三）峰值应力峰值应力 F由由局局部部结结构构不不连连续续和和局局部部热热应应力力的的影影响响而而叠叠加到一次加二次加到一次加二次应力之上的应力增量应力之上的应力增量 应力强度应力强度:该点最大主
3、应力与最小主应力之差该点最大主应力与最小主应力之差 五类基本的应力强度五类基本的应力强度:,和 (1)一次总体薄膜应力强度一次总体薄膜应力强度 S (2)一次一次局部薄膜应力强度局部薄膜应力强度 S(3)一次薄膜（总体或局部）加一次一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应（弯曲应（PL+Pb）强度强度 S(4)一次加二次应力（一次加二次应力（PL+Pb+Q）强度）强度 S(5)峰值应力强度峰值应力强度 S（由（由PL+Pb+Q+F算得）算得）应力强度计算应力强度计算 :应力强度限制应力强度限制 :限制条件：限制条件：S1KSm K-载荷组合系数，载荷组合系数，K=1.01.25限制条件：限制条件：S
4、 1.5KSm（1 1）一次总体薄膜应力强度）一次总体薄膜应力强度S1（2 2）一次局部薄膜应力强度）一次局部薄膜应力强度S限制条件：限制条件：S 1.5KSm（3 3）一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力强度）一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力强度S（5 5）峰值应力强度）峰值应力强度S限制条件：限制条件：S 3Sm（4 4）一次加二次应力强度）一次加二次应力强度S限制条件：限制条件：S Sa Sa-由疲劳设计曲线得到的应力幅由疲劳设计曲线得到的应力幅二、应力分类法具体操作二、应力分类法具体操作应力分类的原则与实施：应力分类的原则与实施：（1）对工程结构进行弹性分析，写出应力分析报告；（2
5、）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；实例实例:球形封头裙座应力分析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：应力分析结果：（JB4732采用第三强度理论）0-01-1校核线校核线1-1：校核线1-1通过球
6、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。路径路径MEMBRANEMEMBENDPEAKTOTAL1-173.80128.722.63151.0MEMBRANE 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。JB47
7、32中提到：符号Pm、PL、Pb、Q和F不是只表示一个量，而是表示x、y、z、xy、yz、zx一组共六个应力分量。叠加是指每种分量各自分别叠加。路径路径MEMBRANEMEMBENDTOTAL1-173.80128.7151.0PLSPLPbQSPL+Pb+Q+FS1.5KSm3SmSa路径路径1-1应力分类结果：应力分类结果：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(RP0.2)的1/1.5；（a）设计温度下屈服强度RteL(RtP0.2)的1/1.5；求得筒体与封头主体Sm153.7MPa；裙座结
8、构Sm1115.5MPa。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。校核线校核线0-0：路径路径MEMBRANEMEMBENDTOTAL0-0150.6157.8157.9PmSPmPbQSPL+Pb+Q+FSKSm3SmSa圆筒壳体薄膜应力理论解：PmPR/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：PmPR/2S 122.1MPa与有限元结果相对误差为0.2%圆角过渡处分析结果：圆角过渡处分析结果：路径路径MEMBRANEMEMBENDPEAKTOTAL3-3117.8119.933.96152.54-4116.8112.368.72167
9、.82-253.60101.711.60110.45-554.0098.9343.36118.9PLSPLPbQSPL+Pb+Q+FS1.5KSm3SmSa结论：应力校核满足要求，设计合理。路径4-4路径5-5三、参考文献三、参考文献1JB4732 钢制压力容器-分析设计标准S.2JB4732 钢制压力容器-分析设计标准释义S.3龚曙光.ANSYS在应力分析设计中的应用J.化工装备技术，2002.4丁伯民.对欧盟标准EN13445基于应力分类法分析设计的理解J.压力容器，2007.5陆明万等.压力容器应力分析设计方法的进展和评述 J.压力容器，2009.6叶夏妮等.应力等效线性化处理中的若干问题J.压力容器，2011.7陈小辉.基于有限元法压力容器分析设计方法的评议.硕士论文，2010.