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2、载：/ziti/电电子子课课件件过过程程设备设计设备设计第五版第五版 疲疲劳设计劳设计过程设备设计压力容器设计主讲人：郑津洋目录 4.1 概述 4.2 设计准则 4.3 常规设计 4.4 分析设计 4.5 疲劳分析 4.6 压力容器设计技术进展1疲劳分析1疲劳失效的特征：（1）没有明显的塑性变形;（2）低应力水平;（3）起源于高应力区。4.5.1 概述压力容器疲劳失效增加的原因：压力容器疲劳失效增加的原因：（1 1）越来越多的压力容器要承受）越来越多的压力容器要承受交变载荷；交变载荷；（2 2）高强度材料的广泛应用。）高强度材料的广泛应用。即 对称循环R=0 脉动循环R=+1静载即 即 t 最
3、大应力平均应力应力比R 最小应力交变应力幅图4-62 应力循环曲线描述疲劳载荷的参数疲劳分为高循环疲劳和低循环疲劳；高循环疲劳:N105;低循环疲劳:N=102105;对于一般压力容器，应力循环次数很少有超过105次的，通常只有几千次，故属于低循环疲范围。劳的图4-63 高循环疲劳曲线 8 应力幅a 103 104 105 106 107 10-1 103 102 循环次数N 式中 断裂时的真应变，断面收缩率。（1）低循环疲劳计算曲线 疲劳试验中的总应变，疲劳试验中的塑性应变，虚拟应力幅塑性应变和寿命的关系4.5.2 低循环疲劳曲线 （4-94）（4-95）（4-96）疲劳试验中的弹性应变。式
4、中虚拟应力幅和寿命关系：循环次数N10102103104105106102103104105 试验曲线计算曲线设计曲线图4-64 低循环疲劳曲线 应力幅Sa/MPa压力容器的典型负载（脉动循环）：Goodman 方程:（4-97）图4-65 平均应力的影响Goodman直线（2）平均应力对疲劳寿命的影响图4-66 平均应力的调整(1)（4-98）（3）平均应力调整以及当量交变应力幅的求法平均应力不等于0的当量交变应力幅：平均应力等于0的平均应力调整原则：等寿命原则图4-67 当 应力应变关系sssss2max(2)（4-99）图4-68 a+m2s应力应变关系(3)无需对交变应力幅进行修正（4
5、）低循环疲劳曲线的修正图4-69 经平均应力修正后的疲劳曲线问题：容器或部件中往往存在残余应力，平均应力很难准确确定。解决方法：用最大平均应力进行修正。确定交变应力幅 ；使用设计疲劳曲线计算允许循环次数N；将预计的工作循环次数n与允许循环次数N进行比较。如果nN，则再次重新设计。（1）基于试验的疲劳设计（2）以断裂力学为基础的疲劳设计（3）采用设计疲劳曲线的疲劳设计图4-70 焊接接头设计疲劳曲线4.5.3 压力容器的疲劳设计一、压力容器的疲劳设计图4-71 温度不超过375的碳钢、低合金钢的设计疲劳曲线循环次数 N许用应力幅度Sa(Mpa)注 (1)E=210103 MPa (2)对抗拉強度
6、介于552896 MPa用內插法 压力容器在实际运行中所受的交变载荷幅有时是随时间变化的,其大小载荷幅的作用顺序甚至是随机的,若总按其中的最大幅值来计算交变应力幅就太保守。对于变幅疲劳或随机疲劳问题,工程上普遍采用线性疲劳累积损伤准则来解决。线性疲劳累积损伤准则认为各交变应力幅造成的损伤程度累计叠加不应超过1,即：二、交幅载荷与疲劳累积损伤对于常温抗拉强度 钢材，若下列4条中总循环次数不超过1000次，容器整体部位可以不作疲劳分析。（1）包括启动与停车在内的全范围压力循环的预计(设计)循环次数;（2）压力波动范围超过设计压力20%的工作压力循环的预计(设计)循环次数;（3）容器上包括接管在内的任意相邻两点之间金属温差波动的有效次数,这里的有效次数是指金属温差波动的循环次数乘以从表4-17查得系数值之积的和;（4）由热膨胀系数不同的材料组成的部件(包括焊缝),当(1-2)T0.00034时的温度波动循环次数,其中1与2是两种材料的平均线膨胀系数,T为工作时温度总波动范围。三、容器不需作疲劳分析的规定4.5.4 影响疲劳寿命的其他因素123容器结构环境容器表面性能过程设备设计谢谢观赏