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      壓力容器應力分析及理論

      2022-12-19
      鋼制壓力容器分析設計和壓力管道應力分析分別采用了厚壁和薄壁模型,薄壁假設認為各應力沿壁厚均勻分布,忽略了彎曲應力,壓力容器的常規設計方法也是采用這種假設;厚壁假設認為各應力沿壁厚是可以變化的,有彎曲應力的存在。因而,利用厚壁假設進行應力分析更為精確和嚴密。根據ASME B31.3的規定,當管道的公稱壓力大于42MPa時,薄壁模型已不再適用,應采用高壓管道的分析校核準則。

      由于不同類型的應力對損傷破壞的影響各不相同,因此便出現了應力分類校核的方法,鋼制壓力容器分析設計和壓力管道應力分析都遵循等安全裕度原則。在壓力容器分析設計中各種應力的定義為:
      (1)一次應力:為平衡壓力和其它機械載荷所必需的法向應力或剪應力。一次應力又細分為一次總體薄膜應力Pm、一次局部應力PL和一次彎曲應力Pb。
      (2)二次應力Q:為滿足外部約束條件或結構自身變形連續要求必需的法向應力或剪應力。主要包括邊緣應力和溫度應力等。
      (3)峰值應力F:由于局部結構不連續或局部熱應力影響而引起的附加在一次應力加二次應力上的應力增量。
      在壓力容器分析設計中將應力細分為5類,即:一次總體薄膜應力Pm、一次局部薄膜應力PL、一次彎曲應力Pb、二次應力Q和峰值應力F。在壓力管道應力分析中,也人為的將應力劃分為一次應力σI、二次應力σII兩大類,其概念與壓力容器分析設計中的定義基本相同,只是不再細分為一次總體薄膜應力、一次局部薄膜應力和一次彎曲應力,也沒有峰值應力的概念。這主要是在壓力管道應力分析中采用薄壁假設的緣故。對于彎頭、三通等幾何不連續的應力集中,壓力管道應力分析中采用了應力增大系數的方法處理。而應力增大系數的數值是由疲勞試驗得出來的,它并不是應力集中系數,兩者不能混淆。
      在壓力容器分析設計中采用了第三強度理論,即最大剪應力理論。最大剪應力理論的當量應力是第一主應力與第三主應力之差,在壓力容器分析設計中,將這一當量應力定義為應力強度。
      1.png在壓力管道應力分析中,一次應力是指管道縱向的組合應力,并不是在各種情況下等于最大拉應力。因此,一次應力校核條件看似屬于第一強度理論,實際上它不與任何強度理論相符合,應力是被限制在屈服限內,并留有一定的裕度。二次應力校核條件則來源于安定性的概念,可防止低周和高周疲勞破壞。



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