典型局部應(yīng)力

1、.1.22.6.1 概述概述2.6.2 受內(nèi)壓殼體與接管連接處的局部應(yīng)力受內(nèi)壓殼體與接管連接處的局部應(yīng)力2.6.3 降低局部應(yīng)力的措施降低局部應(yīng)力的措施2.6 典型局部應(yīng)力.31、局部應(yīng)力的產(chǎn)生、局部應(yīng)力的產(chǎn)生 局部載荷局部載荷通過管道傳遞的載荷通過管道傳遞的載荷支座反力支座反力局部溫度變化引起的載荷局部溫度變化引起的載荷材料、結(jié)構(gòu)和載荷不連續(xù)處，材料、結(jié)構(gòu)和載荷不連續(xù)處，在局部區(qū)域產(chǎn)生的附加應(yīng)力在局部區(qū)域產(chǎn)生的附加應(yīng)力不連續(xù)不連續(xù)2.6典型局部應(yīng)力.42、局部應(yīng)力的局部應(yīng)力的危害性危害性與與材料韌性材料韌性載荷載荷大小大小加載方式加載方式有關(guān)有關(guān)危害性危害性過大的局部應(yīng)力使結(jié)構(gòu)處于不安定狀態(tài)

2、；過大的局部應(yīng)力使結(jié)構(gòu)處于不安定狀態(tài)；在交變載荷下，易產(chǎn)生裂紋，可能導(dǎo)致在交變載荷下，易產(chǎn)生裂紋，可能導(dǎo)致疲勞失效。疲勞失效。2.6 典型局部應(yīng)力.5 由于幾何形狀及尺寸的突變，受內(nèi)壓殼體與接管連接處附由于幾何形狀及尺寸的突變，受內(nèi)壓殼體與接管連接處附近的局部范圍內(nèi)會產(chǎn)生較高的不連續(xù)應(yīng)力。近的局部范圍內(nèi)會產(chǎn)生較高的不連續(xù)應(yīng)力。.6工程常用方法工程常用方法 應(yīng)力集中系數(shù)法應(yīng)力集中系數(shù)法數(shù)值解法數(shù)值解法實驗測試法實驗測試法經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式2.6 典型局部應(yīng)力理論分析方法理論分析方法薄膜解薄膜解彎曲解彎曲解.71、應(yīng)力集中系數(shù)、應(yīng)力集中系數(shù) KtmaxtK max受內(nèi)壓殼體與接管連接處的最大彈性應(yīng)力

3、受內(nèi)壓殼體與接管連接處的最大彈性應(yīng)力 該殼體不開孔時的環(huán)向薄膜應(yīng)力該殼體不開孔時的環(huán)向薄膜應(yīng)力通過應(yīng)力集中系數(shù)曲線圖查通過應(yīng)力集中系數(shù)曲線圖查Kt，就可得到最大應(yīng)力，就可得到最大應(yīng)力2.6 典型局部應(yīng)力.8應(yīng)力集中系數(shù)曲線應(yīng)力集中系數(shù)曲線.9.10RTr圖中圖中 是開孔系數(shù)，是開孔系數(shù)，r 接管平均半徑，接管平均半徑， R殼體平均半徑，殼體平均半徑， T殼體壁厚殼體壁厚RT為邊緣效應(yīng)的衰減長度。為邊緣效應(yīng)的衰減長度。故開孔系數(shù)故開孔系數(shù) 表示開孔大小和殼體局部應(yīng)力表示開孔大小和殼體局部應(yīng)力衰減長度的比值衰減長度的比值2.6 典型局部應(yīng)力.11Kt隨著開孔系數(shù)的增大而增大隨著開孔系數(shù)的增大而增大

4、隨壁厚比隨壁厚比t/T的增大而減小的增大而減小內(nèi)伸式接管的應(yīng)力集中系數(shù)較小內(nèi)伸式接管的應(yīng)力集中系數(shù)較小降低應(yīng)力集中系數(shù)措施：降低應(yīng)力集中系數(shù)措施：增大接管、殼體的壁增大接管、殼體的壁厚；合理布置接管；在有效補強范圍內(nèi)補強厚；合理布置接管；在有效補強范圍內(nèi)補強 2.6 典型局部應(yīng)力應(yīng)力集中系數(shù)曲線使用范圍：應(yīng)力集中系數(shù)曲線使用范圍：0.010.01 0.40.4Rr 30 30 150150TR.12.13橢圓形封頭上接管連接處的局部應(yīng)力，橢圓形封頭上接管連接處的局部應(yīng)力，只要將橢圓曲率半徑折算成球的半徑，只要將橢圓曲率半徑折算成球的半徑，就可采用球殼上接管連接處局部應(yīng)力的計算方法。就可采用球殼

5、上接管連接處局部應(yīng)力的計算方法。2.6 典型局部應(yīng)力.14.15應(yīng)力指數(shù)應(yīng)力指數(shù)是所考慮的各是所考慮的各應(yīng)力分量與殼體在無開應(yīng)力分量與殼體在無開孔接管時的環(huán)向應(yīng)力之孔接管時的環(huán)向應(yīng)力之比。比。應(yīng)力指數(shù)法已列入中國、應(yīng)力指數(shù)法已列入中國、美國、日本等國家壓力美國、日本等國家壓力容器容器分析設(shè)計標準分析設(shè)計標準。見見鋼制壓力容器鋼制壓力容器分析設(shè)計標準分析設(shè)計標準P1592、應(yīng)力指數(shù)法、應(yīng)力指數(shù)法.16.17用無因次參量表示應(yīng)力集中系數(shù)用無因次參量表示應(yīng)力集中系數(shù)Decock 公式公式2.6典型局部應(yīng)力0.1820.3670.3820.148002.8()()()()100,0.094.3,0.5

6、12.5trDdtKTDTtrDtTTt適用范圍Rodavaugh公式公式221 251.4240,0.0482.8,0.041.0tddtdDDDTDTKtdtTDTDtdTTD 適用范圍1.18 應(yīng)力數(shù)值計算的方法比較多，如差分法、變分法、有限應(yīng)力數(shù)值計算的方法比較多，如差分法、變分法、有限單元法和邊界元法等。但目前使用最廣泛的是有限單元法。單元法和邊界元法等。但目前使用最廣泛的是有限單元法。有限單元法的基本思路：有限單元法的基本思路： 將連續(xù)體離散為有限個單元的組合體，以單元結(jié)點的參將連續(xù)體離散為有限個單元的組合體，以單元結(jié)點的參量為基本未知量，單元內(nèi)的相應(yīng)參量用單元結(jié)點上的數(shù)值插量為基

7、本未知量，單元內(nèi)的相應(yīng)參量用單元結(jié)點上的數(shù)值插值，將一個連續(xù)體的無限自由度問題變成有限自由度的問題，值，將一個連續(xù)體的無限自由度問題變成有限自由度的問題，再利用整體分析求出未知量。顯然，隨著單元數(shù)量的增加，再利用整體分析求出未知量。顯然，隨著單元數(shù)量的增加，解的近似程度將不斷改進，如單元滿足收斂要求，近似解也解的近似程度將不斷改進，如單元滿足收斂要求，近似解也最終收斂于精確解。最終收斂于精確解。2.6 典型局部應(yīng)力.19.20實驗應(yīng)力分析方法直接測量計算部位的應(yīng)力，實驗應(yīng)力分析方法直接測量計算部位的應(yīng)力，是驗證計算結(jié)果可靠性的有效方法。是驗證計算結(jié)果可靠性的有效方法。常用實驗應(yīng)力分析方法常用實

8、驗應(yīng)力分析方法電測法電測法光彈性法光彈性法2.6 典型局部應(yīng)力.21應(yīng)力測試應(yīng)力測試電測法電測法.22.23光彈性法光彈性法.24方法方法合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計減少附件傳遞的局部載荷減少附件傳遞的局部載荷盡量減少結(jié)構(gòu)中的缺陷盡量減少結(jié)構(gòu)中的缺陷2.6 典型局部應(yīng)力.252.6 典型局部應(yīng)力.26兩連接件變形不協(xié)調(diào)會引起邊緣應(yīng)力。兩連接件變形不協(xié)調(diào)會引起邊緣應(yīng)力。殼體的剛度與材料的彈性模量、曲率半徑、壁厚等因素有關(guān)。殼體的剛度與材料的彈性模量、曲率半徑、壁厚等因素有關(guān)。設(shè)法減少兩連件的剛度差，是降低邊緣應(yīng)力的有效措施之一。設(shè)法減少兩連件的剛度差，是降低邊緣應(yīng)力的有效措施之一。2.6 典型局

9、部應(yīng)力.27舉例.28幾何形狀或尺寸的突然改變是產(chǎn)生應(yīng)力集中的主要原因之一。幾何形狀或尺寸的突然改變是產(chǎn)生應(yīng)力集中的主要原因之一。在結(jié)構(gòu)不連續(xù)處應(yīng)盡可能采用圓弧或經(jīng)形狀優(yōu)化的特殊曲線過在結(jié)構(gòu)不連續(xù)處應(yīng)盡可能采用圓弧或經(jīng)形狀優(yōu)化的特殊曲線過渡。渡。2.5 典型局部應(yīng)力.29舉例.30舉例.31在有局部載荷作用的殼體處，適當(dāng)給以補強。在有局部載荷作用的殼體處，適當(dāng)給以補強。例如，殼體與吊耳的連接處、臥式容器與鞍式支座例如，殼體與吊耳的連接處、臥式容器與鞍式支座連接處，在殼體與附件之間加一塊墊板，可以有效連接處，在殼體與附件之間加一塊墊板，可以有效地降低局部應(yīng)力。地降低局部應(yīng)力。2.5 典型局部應(yīng)力

10、.32舉例.33舉例.34根據(jù)載荷的情況，選擇適當(dāng)?shù)拈_孔位置、方向和形狀。根據(jù)載荷的情況，選擇適當(dāng)?shù)拈_孔位置、方向和形狀。如橢圓孔的長軸應(yīng)與開孔處的最大應(yīng)力方向平行，孔盡量開如橢圓孔的長軸應(yīng)與開孔處的最大應(yīng)力方向平行，孔盡量開在原來應(yīng)力水平比較低的部位，以降低局部應(yīng)力。在原來應(yīng)力水平比較低的部位，以降低局部應(yīng)力。2.5 典型局部應(yīng)力.35 如果對與殼體相連的附件采取一定的措施，就可以減少附如果對與殼體相連的附件采取一定的措施，就可以減少附件所傳遞的局部載荷對殼體的影響，從而降低局部應(yīng)力。件所傳遞的局部載荷對殼體的影響，從而降低局部應(yīng)力。例如：例如：對管道、閥門等設(shè)備附件設(shè)置支撐或支架，可降低這對管道、閥門等設(shè)備附件設(shè)置支撐或支架，可降低這 些附件的重量對殼體的影響；些附件的重量對殼體的影響；對接管等附件加設(shè)熱補償元件可降低因熱脹冷縮所產(chǎn)對接管等附件加設(shè)熱補償元件可降低因熱脹冷縮所產(chǎn) 生的熱載荷。生的熱載荷。2.5 典型局部應(yīng)力.36 在壓力容器制造過程中，由于制造工藝和具體操作等在壓力容器制造過程中，由于制造工藝和具體操作