压力容器壳体中的薄膜应力满足了壳体受载的平衡条件,而边缘应力则是为了满足变形连续要求而产生的。正因为如此,边缘应力具有如下两个特性。
1.局部性
边缘应力虽然可能达到相当大的数值,但它的作用范围不大,与v丽为同一量级,这里R是壳体半径,δ是壳体壁厚。并且这种应力还将随着离边界距离的增大而迅速衰减,衰减中应力符号会作反复变化。如圆筒与平板封头连接处的边缘应力,根据有力矩理论计算,在离开连接边缘2.5√Rδ处,边缘应力较连接处衰减了95. 7%。这就意味着一个直径1000mm,壁厚10mm的圆筒,当离开连接处约180mm时。边缘效应的影响就几乎不存在了。而2.5√Rδ这个数位与圆筒长度相比,一般来说都是很小的,所以边缘应力具有局部性,而且当壳体直径小,壁薄时,边缘应力的局部性更加明显。
2.自限性
从根本上说,压力容器发生边缘弯曲的原因是由于薄膜变形(弹性变形)不连续。当边缘两侧的弹性变形相互受到约束,则必然产生边缘力和边缘力矩,从而产生边缘应力。当边缘应力超过材料的屈服极限时,它总是首先使那些高应力点产生塑性变形,而一旦这部分材料屈服后,应力值就不再升高,停留在屈服极限,而靠增大局部塑性区的范围来继续承担边缘应力,在此过程中,上述那些弹性约束就开始缓解,使之原来不同的薄膜变形也趋于协调,结果边缘应力便会自动限制在一定范围内。此时,局部塑性区被其周围的弹性变形区所包围,所以不致发生整体性的塑性流动而造成壳体破裂。除非由于边缘应力过大,边界处的全部材料均发生塑性流动,壳体才会失效。边缘应力的这种性质称为自限性,一般而言,凡是局部性的应力,材料又为塑性材料,都有这种自限性。