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过程机械 4 压力容器分析设计 4 压力容器分析设计 4.4 应力评定 4.4.3 极限载荷设计概念 极限状态：结构整体或局部全域屈服形成“塑性铰” ，变形将在不增加载荷的情况下不断增加，从而丧失承载能力 极限载荷：达到极限状态施加的外载荷 （1）拉伸应力强度限制 极限载荷的设计准则 即 4 压力容器分析设计 4.4 应力评定 4.4.3 极限载荷设计概念 （2）弯曲应力强度限制 4 压力容器分析设计 4.4 应力评定 4.4.3 极限载荷设计概念 （3）拉-弯组合应力强度限制 * 压力容器分析设计 第四章 大连理工大学 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ● 分析设计概述● 应力特性● 应力分类● 应力评定 思想, 区别特点 整体局部 均匀非均匀 自限非自限 一次,二次,峰值应力 评定准则 极限载荷 疲劳设计 4 压力容器分析设计 4.1分析设计概述 4.1.1 常规设计的局限性 （1）对载荷考虑不够周全 立足机械载荷，按静载处理。忽视热载荷、载荷波动。无法处理机械疲劳，热疲劳。 （2）对应力的分析不够详尽 采用先“分解”后“组合” ，对局部应力、边缘应力、热应力等不做详细的计算，设计时个别处理。 （3）对应力的评定不够合理 采用第一强度理论、弹性失效准则。不同性质的应力统一判据，有时偏保守，有时偏危险。 4 压力容器分析设计 4.1分析设计概述 4.1.2 分析设计的基本思想 （Ⅰ）采用塑性失效设计准则； （Ⅱ）进行详细应力分析； （Ⅲ）对不同性质的应力区别对待； （Ⅳ）引入虚拟应力概念。 分析设计的主要特点 （Ⅰ）应力分析：对容器各部位的各种应力进行详细计 算，或对模拟容器的应力进行实验测试； （Ⅱ）应力分类：根据不同应力引起失效的危害程度不 同，进行应力分类； （Ⅲ）应力评定：对不同类型的应力进行分析、组合，形 成当量应力，采用不同的失效准则给予限定。 分析设计的三大环节 4 压力容器分析设计 4.1分析设计概述 4.1.3 分析设计与常规设计的规范比较 4 压力容器分析设计 4.1分析设计概述 4.1.3 分析设计与常规设计的规范比较 4 压力容器分析设计 4.2 应力特性 4.2.1 中低压容器 薄膜应力特点： （Ⅰ）应力值决定于第一曲率半径与第二曲率半径； （Ⅱ）存在整个壳体，沿壁厚均匀分布； （Ⅲ）与外载平衡，增大载荷，应力增大，无自限； （Ⅳ）承受外压，为薄膜压应力，失稳的临界应力。 4 压力容器分析设计 4.2 应力特性 4.2.2 高压容器 4 压力容器分析设计 4.2 应力特性 4.2.2 高压容器 环向应力的特点： （Ⅰ）匀布应力与薄膜应力性质相同，与内压力平衡，遍及整个筒体，无自限性； （Ⅱ）应力梯度由筒壁上变形约束引起（例如多层同心圆筒），其合力为零，有自限性； （Ⅲ）非线性分布应力是应力梯度与线性应力之差，出现在局部小范围，其值不大，最大值约为实际应力的4.5%。 4 压力容器分析设计 4.2 应力特性 4.2.3 平盖封头 4 压力容器分析设计 4.2 应力特性 4.2.3 平盖封头 应力特点： （Ⅰ）与外载平衡，无自限性，存在整个平板，随半径变化； （Ⅱ）弯曲应力，沿板厚线性分布，最大值在板上下表面，绝对值相等，中间面应力为零； （Ⅲ）板上下表面先屈服，逐渐向中性面扩展，应力重新分布，全厚屈服才塑性失效，极限载荷大于薄膜。 这种无自限的弯曲应力的危害性不如薄膜应力。 4 压力容器分析设计 4.2 应力特性 4.2.4 壳体不连续区 4 压力容器分析设计 4.2 应力特性 4.2.4 壳体不连续区 边缘应力的特点： （Ⅰ）边缘局部范围，并非遍及整个容器； （Ⅱ）具有自限性； （Ⅲ）边缘应力中，内力引起均匀分布的正应力，内力矩引起线性分布的弯曲应力，均匀分布应力的危害大于线性分布应力的。 4 压力容器分析设计 4.2 应力特性 4.2.5 容器支座区 4 压力容器分析设计 4.2 应力特性 4.2.5 容器支座区 支座区应力特点： （Ⅰ）由机械外载引起，无自限，需要与外力的平衡； （Ⅱ）鞍座引起筒体纵向弯曲，鞍座边脚处筒壁出现环向压应力和环向弯曲应力，鞍座处筒体最低点出现的环向压应力，都是局部应力； （Ⅲ）耳式支座区结构不连续，除满足与外力平衡外，还需满足该区域变形连续条件；是局部应力，其中不连续应力具有自限性。 所有局部应力对容器强度的影响只限于一个较小的范围。 4 压力容器分析设计 4.2 应力特性 4.2.6 容器接管区 4 压力容器分析设计 4.2 应力特性 4.2.6