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1、压力压力容器分析设计容器分析设计 分析设计概述 应力特性 应力分类 应力评定思想思想,区别区别特点特点整体局部整体局部均匀非均匀均匀非均匀自限非自限自限非自限一次一次,二次二次,峰值应力峰值应力评定准则评定准则极限载荷极限载荷疲劳设计疲劳设计1 1分析设计概述分析设计概述1.1 1.1 常规设计的局限性常规设计的局限性（1 1）对载荷考虑不够周全）对载荷考虑不够周全立足机械载荷，按静载处理。忽视热载荷、载荷波动。立足机械载荷，按静载处理。忽视热载荷、载荷波动。无法处理机械疲劳，热疲劳。无法处理机械疲劳，热疲劳。（2 2）对应力的分析不够详尽）对应力的分析不够详尽采用先采用先“分解分解”后后“组
2、合组合”，对局部应力、边缘应力、，对局部应力、边缘应力、热应力等不做详细的计算，设计时个别处理。热应力等不做详细的计算，设计时个别处理。（3 3）对应力的评定不够合理）对应力的评定不够合理采用第一强度理论、弹性失效准则。不同性质的应采用第一强度理论、弹性失效准则。不同性质的应力统一判据，有时偏保守，有时偏危险。力统一判据，有时偏保守，有时偏危险。1 1分析设计概述分析设计概述1.21.2 分析设计的基本思想分析设计的基本思想（）采用塑性失效设计准则；）采用塑性失效设计准则；（）进行详细应力分析；）进行详细应力分析；（）对不同性质的应力区别对待；）对不同性质的应力区别对待；（）引入虚拟应力概念。
3、）引入虚拟应力概念。分析设计的主要特点分析设计的主要特点（）应力分析应力分析：对容器各部位的各种应力进行详细计：对容器各部位的各种应力进行详细计 算，或对模拟容器的应力进行实验测试；算，或对模拟容器的应力进行实验测试；（）应力分类应力分类：根据不同应力引起失效的危害程度不：根据不同应力引起失效的危害程度不 同，进行应力分类；同，进行应力分类；（）应力评定应力评定：对不同类型的应力进行分析、组合，形：对不同类型的应力进行分析、组合，形 成当量应力，采用不同的失效准则给予限定。成当量应力，采用不同的失效准则给予限定。分析设计的三大环节分析设计的三大环节1 1分析设计概述分析设计概述 1.31.3
4、分析设计与常规设计的规范比较分析设计与常规设计的规范比较1 1分析设计概述分析设计概述 1.31.3 分析设计与常规设计的规范比较分析设计与常规设计的规范比较2 2 应力特性应力特性 2.1 2.1 中低压容器中低压容器薄膜应力特点：薄膜应力特点：（）应力值决定于第一曲率半径与第二曲率半径；）应力值决定于第一曲率半径与第二曲率半径；（）存在整个壳体，沿壁厚均匀分布；）存在整个壳体，沿壁厚均匀分布；（）与外载平衡，增大载荷，应力增大，无自限；）与外载平衡，增大载荷，应力增大，无自限；（）承受外压，为薄膜压应力，失稳的临界应力。）承受外压，为薄膜压应力，失稳的临界应力。2 2 应力特性应力特性 2
5、.2 2.2 高压容器高压容器2 2 应力特性应力特性 2.2 2.2 高压容器高压容器环向应力的特点：环向应力的特点：（）匀布应力与薄膜应力性质相同，与内压力平衡，遍）匀布应力与薄膜应力性质相同，与内压力平衡，遍及整个筒体，无自限性；及整个筒体，无自限性；（）应力梯度由筒壁上变形约束引起（例如多层同心圆）应力梯度由筒壁上变形约束引起（例如多层同心圆筒），其合力为零，有自限性；筒），其合力为零，有自限性；（）非线性分布应力是应力梯度与线性应力之差，出现）非线性分布应力是应力梯度与线性应力之差，出现在局部小范围，其值不大，最大值约为实际应力在局部小范围，其值不大，最大值约为实际应力的的5 5%。
6、2 2 应力特性应力特性 2.3 2.3 平盖封头平盖封头2 2 应力特性应力特性 2.3 2.3 平盖封头平盖封头应力特点：应力特点：（）与外载平衡，无自限性，存在整个平板，随半径）与外载平衡，无自限性，存在整个平板，随半径变化；变化；（）弯曲应力，沿板厚线性分布，最大值在板上下表）弯曲应力，沿板厚线性分布，最大值在板上下表面，绝对值相等，中间面应力为零；面，绝对值相等，中间面应力为零；（）板上下表面先屈服，逐渐向中性面扩展，应力重）板上下表面先屈服，逐渐向中性面扩展，应力重新分布，全厚屈服才塑性失效，极限载荷大于薄膜。新分布，全厚屈服才塑性失效，极限载荷大于薄膜。这种无自限的弯曲应力的危害
7、性不如薄膜应力。这种无自限的弯曲应力的危害性不如薄膜应力。2 2 应力特性应力特性 2.4 2.4 壳体不连续区壳体不连续区2 2 应力特性应力特性 2.4 2.4 壳体不连续区壳体不连续区边缘应力的特点：边缘应力的特点：（）边缘局部范围，并非遍及整个容器；）边缘局部范围，并非遍及整个容器；（）具有自限性；）具有自限性；（）边缘应力中，内力引起均匀分布的正应力，内力矩）边缘应力中，内力引起均匀分布的正应力，内力矩引起线性分布的弯曲应力，均匀分布应力的危害大于线引起线性分布的弯曲应力，均匀分布应力的危害大于线性分布应力的。性分布应力的。2 2 应力特性应力特性 2 2.5.5 容器支座容器支座区
8、区2 2 应力特性应力特性 2.5 2.5 容器支座区容器支座区支座区应力特点：支座区应力特点：（）由机械外载引起，无自限，需要与外力的平衡；）由机械外载引起，无自限，需要与外力的平衡；（）鞍座引起筒体纵向弯曲，鞍座边脚处筒壁出现环向）鞍座引起筒体纵向弯曲，鞍座边脚处筒壁出现环向压应力和环向弯曲应力，鞍座处筒体最低点出现的环向压应力和环向弯曲应力，鞍座处筒体最低点出现的环向压应力，都是局部应力；压应力，都是局部应力；（）耳式支座区结构不连续，除满足与外力平衡外，还）耳式支座区结构不连续，除满足与外力平衡外，还需满足该区域变形连续条件；是局部应力，其中不连续需满足该区域变形连续条件；是局部应力，
9、其中不连续应力具有自限性。应力具有自限性。所有局部应力对容器强度的影响只限于一个较小的范围。所有局部应力对容器强度的影响只限于一个较小的范围。2 2 应力特性应力特性 2.6 2.6 容器接管区容器接管区2 2 应力特性应力特性 2.6 2.6 容器接管区容器接管区接管区应力特点接管区应力特点：（）既有自限性又有非自限性应力，其中自限性应力是）既有自限性又有非自限性应力，其中自限性应力是 集中的。集中的。（）影响范围是局部的，其中应力集中的范围与容器壁）影响范围是局部的，其中应力集中的范围与容器壁 厚同厚同 一量级，一量级，（）沿截面非线性分布，其峰值并不贯穿全壁厚。）沿截面非线性分布，其峰值
10、并不贯穿全壁厚。（）对容器静强度破坏影响不大，只是可能成为疲劳裂）对容器静强度破坏影响不大，只是可能成为疲劳裂 纹源。纹源。2 2 应力特性应力特性 2.7 2.7 容器热应力容器热应力热应力特点：热应力特点：（）由温度梯度或膨胀差产生，自平衡，不与机械力）由温度梯度或膨胀差产生，自平衡，不与机械力平衡；高压低拉，有自限性；平衡；高压低拉，有自限性；（）热应力或总体，或局部；沿壁厚后均匀，或均匀，）热应力或总体，或局部；沿壁厚后均匀，或均匀，或线性或非线性；非线性热应力可以按净矩等效转化或线性或非线性；非线性热应力可以按净矩等效转化为线性应力与峰值。为线性应力与峰值。2 2 应力特性应力特性应
11、力特性：应力特性：（）应力起因：由机械载荷或由热载荷引起；）应力起因：由机械载荷或由热载荷引起；（）应力条件：满足与外载的平衡或变形协调；）应力条件：满足与外载的平衡或变形协调；（）应力范围：总体的、局部的或集中的；）应力范围：总体的、局部的或集中的；（）应力分布：均匀的、线性的或非线性的；）应力分布：均匀的、线性的或非线性的；（）应力性质：非自限的或自限的。）应力性质：非自限的或自限的。2 2 应力特性应力特性应力的危害性：应力的危害性：（）由外载引起的无自限性应力大于由变形不协调引起）由外载引起的无自限性应力大于由变形不协调引起的自限性应力；的自限性应力；（）遍布容器总体的应力大于局部区域
12、应力；）遍布容器总体的应力大于局部区域应力；（）均匀分布的薄膜应力大于线性分布的弯曲应力；）均匀分布的薄膜应力大于线性分布的弯曲应力；（）总体结构不连续应力大于局部结构不连续应力。）总体结构不连续应力大于局部结构不连续应力。由机械载荷引起、遍布容器总体、沿壁厚均匀分布的由机械载荷引起、遍布容器总体、沿壁厚均匀分布的无自限性的总体薄膜应力对容器失效所引起的作用最大。无自限性的总体薄膜应力对容器失效所引起的作用最大。局部结构不连续引起的、沿壁厚非线性分布的自限性局部结构不连续引起的、沿壁厚非线性分布的自限性应力（例如应力集中），不引起容器明显变形，对总体应力（例如应力集中），不引起容器明显变形，对
13、总体静强度影响很小，但引起裂纹导致脆断。静强度影响很小，但引起裂纹导致脆断。3 3 应力分类应力分类依据：应力起因，应力性质，作用范围依据：应力起因，应力性质，作用范围 类型：一次应力，二次应力，峰值应力类型：一次应力，二次应力，峰值应力 3.1 3.1 一次应力（代号一次应力（代号P P）特点：由外载引起，无自限性；三类特点：由外载引起，无自限性；三类（1 1）一次总体薄膜应力（代号）一次总体薄膜应力（代号 ）作用于整体结构，由机械载荷引起，无自限性作用于整体结构，由机械载荷引起，无自限性（2 2）一次局部薄膜应力（代号）一次局部薄膜应力（代号 ）作用于局部区域，包含了整作用于局部区域，包含
14、了整 体结构不连续引起的薄膜应力，体结构不连续引起的薄膜应力，有自限，但要加以限制，以免由载荷转移引起局部过度变形。有自限，但要加以限制，以免由载荷转移引起局部过度变形。（3 3）一次弯曲应力）一次弯曲应力(代号代号 )作用于整体结构，由机械载荷引起，沿截面线性分布作用于整体结构，由机械载荷引起，沿截面线性分布 3 3 应力分类应力分类特点：由变形不连续引起，自限性，总体结特点：由变形不连续引起，自限性，总体结 构不连续引起的弯曲应力构不连续引起的弯曲应力 3.2 3.2 二次应力（代号二次应力（代号 ）3.3 3.3 峰值应力（代号峰值应力（代号 ）特点：由局部结构变形不连续引起，有自限特点
15、：由局部结构变形不连续引起，有自限 性，不引起结构明显变形，导致性，不引起结构明显变形，导致疲劳疲劳 4 4 应力评定应力评定1 1 应力强度应力强度应力强度：应力强度：按一定强度理论对复杂应力状态组合为与按一定强度理论对复杂应力状态组合为与 单向应力可以比较的当量应力。单向应力可以比较的当量应力。具体内涵：具体内涵：按一定标准（强度理论），确定一个与应按一定标准（强度理论），确定一个与应 力状态无关的应力值（当量应力）力状态无关的应力值（当量应力），认为，认为 一旦达到该应力值，材料就发生一旦达到该应力值，材料就发生破坏。破坏。应力强度应力强度 =2 2最大剪应力最大剪应力或或 4 4 应力
16、评定应力评定1 1 应力强度应力强度根据危害程度分为五类：根据危害程度分为五类：一次总体薄膜应力强度一次总体薄膜应力强度 一次局部薄膜应力强度一次局部薄膜应力强度 一次薄膜（总体或局部）应力加一次薄膜（总体或局部）应力加一次弯曲一次弯曲 应力的组合应力的强度应力的组合应力的强度 一次应力加二次应力的组合应一次应力加二次应力的组合应力强度力强度 峰值应力强度峰值应力强度 4 4 应力评定应力评定2 2 应力强度设计限制应力强度设计限制（1 1）材料的设计许用应力强度）材料的设计许用应力强度 4 4 应力评定应力评定2 2 应力强度设计限制应力强度设计限制（2 2）各种应力强度限制条件）各种应力强
17、度限制条件 4 4 应力评定应力评定2 2 应力强度设计限制应力强度设计限制（2 2）各种应力强度限制条件）各种应力强度限制条件 4 4 应力评定应力评定3 3 极限载荷设计概念极限载荷设计概念极限状态：极限状态：结构整体或局部全域屈服形结构整体或局部全域屈服形成成“塑性铰塑性铰”，变形将在不增加载荷的，变形将在不增加载荷的情况下不断增加，从而丧失承载能力情况下不断增加，从而丧失承载能力极限载荷：极限载荷：达到极限状态施加的外载荷达到极限状态施加的外载荷（1 1）拉伸应力强度限制）拉伸应力强度限制极限载荷的设计准则极限载荷的设计准则 即即 4 4 应力评定应力评定3 3 极限载荷设计概念极限载
18、荷设计概念（2 2）弯曲应力强度限制）弯曲应力强度限制 4 4 应力评定应力评定3 3 极限载荷设计概念极限载荷设计概念（3 3）拉）拉-弯组合应力强度限制弯组合应力强度限制 4 4 应力评定应力评定 4 4 结构安定性概念结构安定性概念 4 4 应力评定应力评定 5 5 疲劳分析设计准则疲劳分析设计准则 4 4 应力评定应力评定 5 5 疲劳分析设计准则疲劳分析设计准则下列情况可免除疲劳分析下列情况可免除疲劳分析：（）已有成功使用经验可资类比证明者；）已有成功使用经验可资类比证明者；（）常温抗拉强度）常温抗拉强度b550MPab550MPa的钢制整体结构，的钢制整体结构，包括整体部件，各项循环次数总和不超过包括整体部件，各项循环次数总和不超过10001000次者；次者；（）常温抗拉强度）常温抗拉强度b550MPab550MPa的钢制非整体结构，的钢制非整体结构，例如带有补强圈的接管及非整体连接件的各项循环次例如带有补强圈的接管及非整体连接件的各项循环次数总和不超过数总和不超过400400次者。次者。