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典型局部应力()

* 第三章 压力容器应力分析 第六节 典型局部应力 CHAPTER Ⅲ STRESS ANALYSIS OF PRESSURE VESSELS 过程设备设计 3.6.1 概述 3.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力 主要内容 3.6.3 降低局部应力的措施 ●3.6 典型局部应力 过程设备设计 3.6.1 概述 1、局部应力的产生 局部载荷 设备的自重、 物料的重量、 管道及附件的重量、 支座的约束反力、 温度变化引起的载荷等 在压力作用下,压力容器材料 或结构不连续处,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 附加应力 过程设备设计 2、局部应力的危害性与     材料韧性 载荷形式 大小 载荷作用处的 局部结构形状 和尺寸 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。 3、局部应力的特点:     a. 非对称性 → 计算复杂 b. 局部性 过程设备设计 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。 3.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力 工程常用方法 应力集中系数法 数值解法 实验测试法 经验公式 理论分析方法 薄膜解 弯曲解 过程设备设计 一、应力集中系数法 1、应力集中系数 Kt ?max——受内压壳体与接管连接处的最大弹性应力 ——该壳体不开孔时的环向薄膜应力 通过应力集中系数曲线图查Kt,既而得到最大应力 过程设备设计 图中: 是开孔系数,r 接管平均半径, R壳体平均半径, T壳体壁厚 为边缘效应的衰减长度。 故开孔系数 表示开孔大小和壳体局部应力 衰减长度的比值 过程设备设计 Kt 随着开孔系数的增大而增大 随壁厚比t/T的增大而减小 内伸式接管的应力集中系数较小 即:增大接管和壳体的壁厚,减小接管半径, 有利于降低应力集中系数 应力集中系数曲线使用范围: 0.01? ?0.4 30? ?150 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。 (R=K1DO) 曲线推广: 前提: 仅考虑 →应力集中 过程设备设计 与应力集中系数曲线不同的是考虑了连接处的 三向应力: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。 2、应力指数法 前提: 仅考虑 →应力集中 过程设备设计 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。 过程设备设计 三、数值计算 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。 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。 过程设备设计 四、应力测试 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 常用实验应力分析方法 电测法 光弹性法 测试机理及 特点参见教材P82 过程设备设计 3.6.3 降低局部应力的措施 方法 合理的结构设计 减少附件传递的局部载荷 尽量减少结构中的缺陷 过程设备设计 一、合理的结构设计 (1)减少两连接件的刚度差 (2)尽量采用圆弧过渡 (3)局部区域补强 (4)选择合适的开孔方位 过程设备设计 (1)减少两连接件的刚度差 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 * * *

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