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2、典型局部应力2.6.1概述2.6.2受内压壳体与接管连接处的局部应力2.6.3降低局部应力的措施目录概述1概述u局部载荷：通过管道传递的载荷、支座反力、局部温度变化引起的载荷。u不连续：材料、结构和载荷不连续处，在局部区域产生的附加应力，如截面尺寸、几何形状突变的区域、两种不同材料的连接处等。局部应力的产生局部应力的危害性与材料韧性、载荷（大小、加载方式）有关。危害性：过大的局部应力使结构处于不安定状态；在交变载荷下，易产生裂纹，可能导致疲劳失效。参考资料 1、The Welding Research Council(WRC)Bulletin 107 球壳、圆柱壳上局部应力的计算 2、The
3、Welding Research Council(WRC)Bulletin 297 圆柱壳的局部应力计算3、PD5500 Unfired Pressure Vessels4、EN13445 Unfired Pressure Vessels5、丁伯民著.美国压力容器规范分析ASMEVIII-1和 VIII-2.上海：华东理工大学出版社，1995受内压壳体与接管连接处的局部应力2受内压壳体与接管连接处的局部应力理论分析方法工程常用方法薄膜解弯曲解应力集中系数法数值解法实验测试法经验公式由于几何形状及尺寸的突变，受内压壳体与接管连接处附近的局部范围内会产生较高的不连续应力。一、应力集中系数法1、应力
4、集中系数 Ktmax受内压壳体与接管连接处的最大弹性应力通过应力集中系数曲线图查Kt，就可得到最大应力图中 是开孔系数，r是接管平均半径，R是壳体平均半径，T是壳体壁厚为边缘效应的衰减长度 该壳体不开孔时的环向薄膜应力随着开孔系数的增大而增大内伸式接管的应力集中系数较小Kt随壁厚比t/T的增大而减小一、应力集中系数法u增大接管、壳体的壁厚；u合理布置接管；u在有效补强范围内补强。降低应力集中系数措施应力集中系数曲线使用范围一、应力集中系数法椭圆形封头上接管连接处的局部应力：只要将椭圆曲率半径折算成球的半径，就可采用球壳上接管连接处局部应力的计算方法。一、应力集中系数法2、应力指数法与应力集中系
5、数曲线不同的是：考虑了连接处的三个应力：经向应力、径向应力和法向应力（见图2-49）；应力指数是所考虑的各应力分量与壳体在无开孔接管时的环向应力之比。应力指数法已列入中国、美国、日本等国家压力容器分析设计标准。见钢制压力容器分析设计标准P159二、经验公式用无因次参量表示应力集中系数Rodavaugh和Decock公式，分别具有各自的使用范围。看书。三、数值计算有限单元法的基本思路将连续体离散为有限个单元的组合体，以单元结点的参量为基本未知量，单元内的相应参量用单元结点上的数值插值，将一个连续体的无限自由度问题变成有限自由度的问题，再利用整体分析求出未知量。显然，随着单元数量的增加，解的近似程
6、度将不断改进，如单元满足收敛要求，近似解也最终收敛于精确解。应力数值计算的方法比较多，如差分法、变分法、有限单元法和边界元法等。但目前使用最广泛的是有限单元法。四、应力测试u实验应力分析方法：直接测量计算部位的应力，是验证计算结果可靠性的有效方法。u常用实验应力分析方法：电测法、光弹性法u测试机理及特点和注意事项：参见教材P85-86降低局部应力的措施3降低局部应力的措施合理的结构设计尽量减少结构中的缺陷方法减少附件传递的局部载荷一、合理的结构设计1、减少两连接件的刚度差3、局部区域补强2、尽量采用圆弧过渡4、选择合适的开孔方位两连接件变形不协调会引起边缘应力。壳体的刚度与材料的弹性模量、曲率
7、半径、壁厚等因素有关。设法减少两连件的刚度差，是降低边缘应力的有效措施之一。举例 图2-50 1、减少两连接件的刚度差几何形状或尺寸的突然改变是产生应力集中的主要原因之一。在结构不连续处应尽可能采用圆弧或经形状优化的特殊曲线过渡。举例 图2-51 2、尽量采用圆弧过渡在有局部载荷作用的壳体处，适当给以补强。例如，壳体与吊耳的连接处、卧式容器与鞍式支座连接处，在壳体与附件之间加一块垫板，可以有效地降低局部应力。3、局部区域补强根据载荷的情况，选择适当的开孔位置、方向和形状。如椭圆孔的长轴应与开孔处的最大应力方向平行，孔尽量开在原来应力水平比较低的部位，以降低局部应力。4、选择合适的开孔方位二、减少附件传递的局部载荷例如：u对管道、阀门等设备附件设置支撑或支架，可降低这些附件的重量对壳体的影响；u对接管等附件加设热补偿元件可降低因热胀冷缩所产生的热载荷。如果对与壳体相连的附件采取一定的措施，就可以减少附件所传递的局部载荷对壳体的影响，从而降低局部应力。三、尽量减少结构中的缺陷在压力容器制造过程中，由于制造工艺和具体操作等原因，可能在容器中留下气孔、夹渣、未焊透等缺陷，这些缺陷会造成较高的局部应力，应尽量避免。过程设备设计谢谢观赏