典型局部應(yīng)力

1、122.6.1 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(guò)管道傳遞的載荷通過(guò)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(guò)大的局部應(yīng)力使結(jié)構(gòu)處于不安定狀態(tài)；過(guò)大的

2、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(huì)產(chǎn)生較高的不連續(xù)應(yīng)力。近的局部范圍內(nèi)會(huì)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(shí)驗(yàn)測(cè)試法實(shí)驗(yàn)測(cè)試法經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)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)力受內(nèi)壓殼體與接

3、管連接處的最大彈性應(yīng)力 該殼體不開孔時(shí)的環(huán)向薄膜應(yīng)力該殼體不開孔時(shí)的環(huán)向薄膜應(yīng)力通過(guò)應(yīng)力集中系數(shù)曲線圖查通過(guò)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910RTr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(zhǎng)度。為邊緣效應(yīng)的衰減長(zhǎng)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(zhǎng)度的比值衰減長(zhǎng)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)的增大而增大隨壁厚比隨壁厚比t/T

4、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(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)厚；合理布置接管；在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)補(bǔ)強(qiáng) 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 150150TR1213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(jì)算方法。就可采用球殼上接管連接處局部應(yīng)力的計(jì)算

5、方法。2.6 典型局部應(yīng)力1415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(wú)開應(yīng)力分量與殼體在無(wú)開孔接管時(shí)的環(huán)向應(yīng)力之孔接管時(shí)的環(huán)向應(yīng)力之比。比。應(yīng)力指數(shù)法已列入中國(guó)、應(yīng)力指數(shù)法已列入中國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家壓力美國(guó)、日本等國(guó)家壓力容器容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。見見鋼制壓力容器鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)P1592、應(yīng)力指數(shù)法、應(yīng)力指數(shù)法1617用無(wú)因次參量表示應(yīng)力集中系數(shù)用無(wú)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()()()()100,0.094.3,0.512.5trDdtKTDTtrDt

6、TTt適用范圍Rodavaugh公式公式221 251.4240,0.0482.8,0.041.0tddtdDDDTDTKtdtTDTDtdTTD 適用范圍118 應(yīng)力數(shù)值計(jì)算的方法比較多，如差分法、變分法、有限應(yīng)力數(shù)值計(jì)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(gè)單元的組合體，以單元結(jié)點(diǎn)的參將連續(xù)體離散為有限個(gè)單元的組合體，以單元結(jié)點(diǎn)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(diǎn)上的數(shù)值插量為基本未知量，單元內(nèi)的相應(yīng)參量用單元結(jié)點(diǎn)

7、上的數(shù)值插值，將一個(gè)連續(xù)體的無(wú)限自由度問(wèn)題變成有限自由度的問(wèn)題，值，將一個(gè)連續(xù)體的無(wú)限自由度問(wèn)題變成有限自由度的問(wèn)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(jìn)，如單元滿足收斂要求，近似解也解的近似程度將不斷改進(jìn)，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1920實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法直接測(cè)量計(jì)算部位的應(yīng)力，實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法直接測(cè)量計(jì)算部位的應(yīng)力，是驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果可靠性的有效方法。是驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果可靠性的有效方法。常用實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法常用實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法電測(cè)法電測(cè)法光彈性法光彈性

8、法2.6 典型局部應(yīng)力21應(yīng)力測(cè)試應(yīng)力測(cè)試電測(cè)法電測(cè)法2223光彈性法光彈性法24方法方法合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(huì)引起邊緣應(yīng)力。兩連接件變形不協(xié)調(diào)會(huì)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

9、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(guò)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(guò)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(bǔ)強(qiáng)。在有局部載荷作用的殼體處，適當(dāng)給以補(bǔ)強(qiáng)。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

10、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(zhǎng)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(zhǎng)軸應(yīng)與開孔處的最大應(yīng)力方向平行，孔盡量開在原來(lái)應(yīng)力水平比較低的部位，以降低局部應(yīng)力。在原來(lái)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(duì)與殼體相連的附件采取一定的措施，就可以減少附如果對(duì)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(duì)殼體的影響，從而降低局部應(yīng)力。件所傳遞的局部載荷對(duì)殼體的影響，從而降低局部應(yīng)力。例如：例如：對(duì)管道、閥門等設(shè)備附件設(shè)置支撐或支架，可降低這對(duì)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(duì)殼體的影響；些附件的重量對(duì)殼體的影響；對(duì)接管等附件加設(shè)熱補(bǔ)償元件可降低因熱脹冷縮所產(chǎn)對(duì)接管等附件加設(shè)熱補(bǔ)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(guò)程中，由于制造工藝和具體操作等在壓力容器制造過(guò)程中，由于制造工藝和具體操