压力容器上的不连续应力

6520 0 2017-3-21 09:36 发布者: 道祖原作者: Es前缘

由内压或外压产生的主薄膜应力一直存在于设备上，同样压力或机械载荷在板上产生的弯曲应力也一直存在，这些应力称之为主应力。主应力是为了与内部和外部的力和弯矩保持平衡的载荷导致的应力，其基本特征是非自限性， ...

由内压或外压产生的主薄膜应力一直存在于设备上，同样压力或机械载荷在板上产生的弯曲应力也一直存在，这些应力称之为主应力。

主应力是为了与内部和外部的力和弯矩保持平衡的载荷导致的应力，其基本特征是非自限性，因此当他们超过材料的屈服时可能会导致失效或严重变形。主应力的另一个例子就是由风、雪或其他指定的动载荷导致的主应力，这些载荷可能产生拉伸、压缩或弯曲，这些应力必须与压力产生的应力进行组合以确定总的主应力。

二次应力，换句话说这些应力是由其他部件限制或结构自身约束引起的，二次应力的基本特征是自限性的。局部的屈服以及轻微的变形可能都会产生应力并发生失效，导致二次应力的一些情况：

结构内的温度梯度产生的热应力

在压力容器筒体和封头连接处，由于在压力情况下这两个元件不同的变形导致的

二次应力并不会均布影响到整个容器中，也不像刚才主应力我们了解到的只要载荷存在应力就一直存在。事实上，二次应力是局部的和自限性的，因为一旦不同的位移满足材料的塑性流动，将会产生更有利的应力分布结果。虽然其不影响设备的静态或破裂强度，但当设备循环加载，这么高的局部应力会严重限制其疲劳寿命。

设备上的不连续应力

当一个设备只承受内压，我们一般考虑直接的拉伸应力，称之为薄膜应力，存在于整个壁厚的位置。整个设备上不同的薄膜应力也会产生不同的位移，这将在壁厚上产生弯曲应力。即使这些弯曲应力是局部的，但有时会非常高。其中一种就是压力容器筒体和封头的连接处（见图1），由于承受内压时导致该设备的筒体和封头不同的径向变形。因此，在这些部件的连接处会在容器壁上产生局部的弯曲，在这些位置产生的附加应力称之为不连续应力。

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图1 在球形封头和筒体连接处的不连续应力

当h/r非常小时，如在薄壁容器的情况，位移和弯曲将在非常局部的位置，产生的应力仅在连接处附近。在封头边缘的小区域在形状上可以当量成筒体，因此根据压力容器筒体推导出的方程也可用于椭圆封头、球形封头、碟形封头或锥形封头的连接处。

筒体与球形封头的连接处

如果筒体和球形封头没连接到一起，如图1，在两个不同位置由于薄膜应力产生的不同的径向位移为：

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该方程中的第一个数是沿着筒体长度恒定的薄膜应力，第二个数是弯曲应力，沿着筒体长度是变化的，从上表可看到在Βx=π/4时达到最大。该变化见下图：

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