【文章內(nèi)容簡介】 或采用應(yīng)力增大系數(shù)、形狀系數(shù)等形式計入算式，以體現(xiàn)這些局部應(yīng)力的差別并將其控制在許可范圍內(nèi)。 ? 這些系數(shù)的選擇或確定主要是參考了 ASME第 Ⅷ 卷第 2分篇（壓力容器另一規(guī)程）的方法或經(jīng)過大量的試驗及有限元計算而進行的。 43 44 常規(guī)設(shè)計法 —特點 ①應(yīng)用廣泛，設(shè)計的絕大多數(shù)容器都是安全可靠的； ②設(shè)計計算過程簡單，容易掌握； ③沒有考慮各類應(yīng)力對容器的危害程度，難以預(yù)測失效起源。因規(guī)范設(shè)計只計算主體應(yīng)力，并以此為依據(jù)，其它局部結(jié)構(gòu)均取標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中的推薦結(jié)構(gòu)，對容器各部位的受載條件及其產(chǎn)生的應(yīng)力和變形不詳細計算，不分析對破壞的影響。因而無法預(yù)測容器的失效起源，無法核算容器的疲勞壽命； 44 45 常規(guī)設(shè)計法 —特點 ④ 彈性失效準(zhǔn)則不盡合理，沒有充分利用材料承載能力。 彈性失效并不意味著承載潛力的耗盡，不同性質(zhì)的應(yīng)力取統(tǒng)一的判據(jù)也是不合理的，實踐證明，材料的塑性承載能力是可以利用的； ⑤較高的安全系數(shù)不僅掩蓋了失效實質(zhì)，也增加了材料消耗和成本。 不僅如此，對壓力容器來講，增加壁厚也并非總是安全的，有時還會減小其安全性，例如：板越厚，性能越不均勻，存在缺陷的概率增大，并且對熱應(yīng)力更加有害。 45 46 常規(guī)設(shè)計法 —特點 ? 常規(guī)設(shè)計法主要適合于設(shè)計壓力不大于 35MPa 的一般壓力容器，且對其結(jié)構(gòu)型式及尺寸有一定的限制，對于超出了規(guī)范設(shè)計法標(biāo)準(zhǔn)（ GB150）的適用范圍時，允許采用下列方法： ①應(yīng)力分析設(shè)計法（包括有限元計算）； ②驗證性實驗分析（應(yīng)力測試，水壓試驗等）； ③利用可比的已投入使用的結(jié)構(gòu)進行對比的經(jīng)驗設(shè)計。 46 47 48 分析設(shè)計法 ? 壓力容器的分析設(shè)計規(guī)范提供了一整套較為完整的以彈性應(yīng)力分析和塑性失效準(zhǔn)則 、 彈塑性失效準(zhǔn)則為基礎(chǔ)的設(shè)計方法 。 ? 在分析設(shè)計中考慮各種載荷條件可能的組合 ， 以彈性力學(xué)薄殼理論為基礎(chǔ)進行分析計算 ， 將應(yīng)力根據(jù)其起因 、 來源 、 作用的范圍 、 性質(zhì)和危害程度不同進行分類 ， 根據(jù)塑性失效準(zhǔn)則 、 彈塑性失效準(zhǔn)則和疲勞失效準(zhǔn)則 ， 采用最大剪應(yīng)力理論來確定受壓元件的尺寸 。 ? 在分析設(shè)計中 ， 確定受壓元件的應(yīng)力可采用有限單元法 、 板殼理論的解析法或?qū)嶒瀾?yīng)力實測法 。 各種應(yīng)力均需全面計算 。 48 49 分析設(shè)計法 ? 加之采用分析設(shè)計方法設(shè)計受壓元件必須預(yù)先確定受壓元件 (和相鄰受壓元件 )的尺寸 ， 才能進行計算 。 ? 如果在計算后發(fā)現(xiàn)不滿足強度條件要求 ， 則需調(diào)整尺寸重新計算 。 ? 因而計算工作繁雜 。 在分析設(shè)計規(guī)范 JB 4732中 ， 對材料 、 制造 、 檢驗 、 制造廠的資格審查等都提出更加嚴(yán)格的要求 。 ? 分析設(shè)計在很大程度上克服了常規(guī)設(shè)計的不足之處 ，但目前只在少數(shù)大型 、 操作條件苛刻的裝備或客戶要求的設(shè)備上采用 。 49 50 分析設(shè)計法 4． 1 分析設(shè)計基本概念和應(yīng)力分類根據(jù) (1)應(yīng)力強度：系組合應(yīng)力基于第三強度理論的當(dāng)量強度，即給定點最大主應(yīng)力代數(shù)值 σ 1與最小主應(yīng)力代數(shù)值 σ 3之差值的絕對值。應(yīng)力強度： S=| σ 1 σ 3| (2)總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)：由于幾何不連續(xù)或材料不連續(xù)而引起結(jié)構(gòu)在較大范圍內(nèi)應(yīng)力或應(yīng)變發(fā)生變化，會對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和變形產(chǎn)生顯著影響者。 如不同殼體連接、封頭和筒體連接處等。 50 51 分析設(shè)計法 (3)局部結(jié)構(gòu)不連續(xù) 由于幾何不連續(xù)或材料不連續(xù)而僅僅造成很小范圍內(nèi)的應(yīng)力或應(yīng)變發(fā)生變化，對結(jié)構(gòu)總的應(yīng)力分布和變形無顯著影響者。 例如殼體與小附體連接處等。 51 52 分析設(shè)計法 應(yīng)力分類根據(jù) (1)應(yīng)力的起因、應(yīng)力所需滿足條件和應(yīng)力性質(zhì)。 由機械載荷引起，滿足外載荷平衡條件或由于相互約束引起 (包括熱應(yīng)力 )需滿足變形協(xié)調(diào)條件。前者是非自限性的，后者是自限性的。 (2)應(yīng)力范圍。總體、局部或集中。 (3)應(yīng)力沿截面的分布。均布、線性、非線性。 52 53 應(yīng)力分類 由平衡壓力與其他機械載荷所必須的內(nèi)力或內(nèi)力矩產(chǎn)生的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力 。 一次應(yīng)力屬于非自限性應(yīng)力 ， 達到極限狀態(tài) ， 即使載荷不再增加 ， 仍可產(chǎn)生不可限制的塑性流動 ， 直至破壞 。 分以下三類： (1)一次總體薄膜應(yīng)力 pm 沿厚度方向均勻分布 ， 影響范圍遍及整個受壓元件 ，一旦達到屈服點 ， 受壓元件整體發(fā)生屈服 ， 應(yīng)力不重新分布 ， 一直到整體破壞 。 例如 ， 薄壁圓筒中由受內(nèi)壓引起的環(huán)向薄膜壓力 。 53 54 應(yīng)力分類 （ 2）一次局部薄膜應(yīng)力 pL：應(yīng)力水平超過一次總體薄膜應(yīng)力。影響范圍僅限于結(jié)構(gòu)局部區(qū)域的一次薄膜應(yīng)力。 ? 局部應(yīng)力區(qū)指沿經(jīng)線方向延伸距離不大于 ，應(yīng)力強度超過 ， R為第二曲率半徑， Sm為材料的設(shè)計應(yīng)力強度值。 ? 強調(diào)指出，在標(biāo)準(zhǔn)中一次局部薄膜應(yīng)力是指局部應(yīng)力區(qū)薄膜應(yīng)力的總量，即局部應(yīng)力區(qū)內(nèi) pm為 pL的組成部分。 ? 當(dāng)結(jié)構(gòu)局部發(fā)生塑性流動時，這類應(yīng)力將重新分布，但若不加限制，當(dāng)載荷從結(jié)構(gòu)的某一部分傳遞到周邊地區(qū)的結(jié)構(gòu)，有可能產(chǎn)生過度塑性變形而致破壞。 54 55 應(yīng)力分類 ? 在殼體與固定支座或與接管連接處由外加載荷引起的薄膜應(yīng)力便是一次局部薄膜應(yīng)力的實例。 ? 由結(jié)構(gòu)不連續(xù)效應(yīng)產(chǎn)生的一次局部薄膜應(yīng)力，具有一定的自限性，表現(xiàn)出二次應(yīng)力的特征，不過從保守和方便的角度考慮仍劃為一次應(yīng)力。 (3)一次彎曲應(yīng)力： ? 是平衡壓力或其他機械載荷所需沿厚度方向線性分布的彎曲應(yīng)力，例如周邊簡支的受側(cè)面壓力的圓平板中心處的彎曲應(yīng)力。 55 56 應(yīng)力分類 — 二次應(yīng)力 Q ? 在外部載荷下 ， 由于相鄰構(gòu)件間的約束或構(gòu)件自身的約束引起 ， 需要滿足變形連續(xù)條件 ， 包括法向應(yīng)力和切向應(yīng)力都稱為二次應(yīng)力 ， 具有自限性 。 ? 構(gòu)件發(fā)生局部屈服和小量塑性變形就可以使變形協(xié)調(diào)條件得到部分或全部的滿足 ， 從而限制塑性變形不再發(fā)展， 并可以緩解以至消除產(chǎn)生這種應(yīng)力的原因 。 ? 在結(jié)構(gòu)內(nèi)的一次應(yīng)力能確保安全承受外載以及材料有足夠的延性的前提下 ， 二次應(yīng)力水平的高低對結(jié)構(gòu)承受靜載能力并無影響 。 ? 只在循環(huán)和交變載荷下 ， 二次應(yīng)力會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)喪失安定 56 57 應(yīng)力分類 — 峰值應(yīng)力 F ? 是由局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)和局部熱應(yīng)力引起的疊加到一次加二次應(yīng)力上的應(yīng)力增加量 ， 一般同時具有自限性和局部性 ， 其危害性僅僅是引起疲勞或脆性斷裂 。 ? 例如于局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)所引起的超過一次和二次應(yīng)力的應(yīng)力增量 。 57 58 應(yīng)力分類 — 對各類應(yīng)力的限制 ? 各類應(yīng)力的強度條件如下表所列 ， 其中 Sm是設(shè)計應(yīng)力強度 ， K是載荷組合系數(shù) ， 按 JB4732根據(jù)載荷類別選取 。 彎曲應(yīng)力許用值為拉 、 壓應(yīng)力之 。 即彎曲條件下的極限承載應(yīng)力是拉伸下的 。 一次應(yīng)力加上二次應(yīng)力小于或等于 ， 源于安定性的考慮， 安定性要求 σ≤ 2ReL ? 而 Sm=2ReL/3。 pL+pb+Q+F≤S a， Sa從疲勞曲線得到 。 ? 要注意的是表中 pm， pb， Q和 F都是指容器特定部位的第三強度理論的等效應(yīng)力 。 58 59 應(yīng)力分類 — 對各類應(yīng)力的限制 59 60 應(yīng)力分類 其它應(yīng)力 實際壓力容器元件中的應(yīng)力還包括： ? 元件因熱脹冷縮約束所產(chǎn)生的 熱應(yīng)力 ； ? 元件自重、內(nèi)部介質(zhì)重量等會在元件內(nèi)引起 彎曲應(yīng)力或拉伸（壓縮）應(yīng)力 ； ? 支座反力會在元件被支撐部位造成 局部應(yīng)力 ； ? 立式容器受風(fēng)會引起附加 彎曲應(yīng)力 ； ? 冷熱加工變形會在金屬內(nèi)產(chǎn)生加工 殘余應(yīng)力 。 ? 這些應(yīng)力，有的數(shù)值較大，有的較小；有的沿元件壁厚均勻分布（薄膜應(yīng)力），有的沿壁厚不均勻分布（彎曲應(yīng)力）；有的發(fā)生在大面積范圍內(nèi)，有的僅出現(xiàn)于元件的局部區(qū)域。 ? 研究應(yīng)力的目的是為了控制應(yīng)力，保證元件有足夠的強度 。 60 61 疲勞設(shè)計 ? 頻繁開停車或在運行中要經(jīng)受較大溫度、壓力波動的壓力容器，常因疲勞裂紋擴展而導(dǎo)致破壞。 ? 結(jié)構(gòu)材料在交變載荷作用下，往往沒有明顯的塑性變形，就會發(fā)生脆性斷裂。 ? 壓力容器的局部峰值應(yīng)力區(qū)在交變應(yīng)力作用下，由于晶間滑移和位錯運動而萌生微裂紋，微裂紋在載荷