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薄壁压力容器设计中对边缘应力的处理

   2020-10-13 和平1238
核心提示:薄膜应力的作用范围遍布于整个壳体,不具有自限性。

薄膜应力由于要满足平衡外载荷的要求,只要在压力作用下的地方都会有薄膜应力,并且随着压力的增大而增大。因此,薄膜应力的作用范围遍布于整个壳体,不具有自限性。薄压力容器的大部分区域为薄膜应力区,薄膜应力是影响压力容器整体强度的主要应力成分。因此,压力容器常规设计(按规则设计)中,强度条件是根据薄膜应力来建立的,将壳体大部分区域限制在弹性变形的范围内,以保证压力容器运行的安全性。

在边缘影响区,薄膜应力与边缘应力属于同一数量级,有时边缘应力还具有较高的数值,与薄膜应力相比,边缘应力具有局部性和自限性,使压力容器直接发生破坏的危险性减小。所以,从设计角度看,控制边缘应力关键不在如何用繁杂的有力矩理论计算应力的大小,而是应用边缘应力的基本概念在结构上做出改进,从而使边缘应力大大减小,甚至完全消失。


对于大多数由塑性较好的材料(如低碳钢、奥氏体不锈钢等)制成的压力容器,承受静载荷作用,进行容器结构设计时经常采用以下措施:避免壳体经线曲率的突然变化,以保持几何形状的连续,直线与曲线连接时增加必要的过渡圆弧;使焊缝尽量避开边缘应力作用区;不采用不等壁厚的焊接,不可避免时,增加过渡段;有必要时在边缘应力作用区设置局部加强段或加强圈;避免边缘区附加局部应力或产生应力集中;采用适当的热处理,进一步改善材料的塑性。

对塑性较差的高强度钢制造的压力容器、低温下铁素体钢制的压力容器、受疲劳载荷作用的压力容器,如果边缘应力过高,在边缘高应力区有可能导致脆性破坏或疲劳破坏,因此必须计算其边缘应力,并采取相应的控制措施。

 
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