【正文】 構(gòu)不連續(xù)）及局部熱應(yīng)力使局部材料屈服，雖然可以造成彈塑性失效，但只涉及范圍極小的局部，不會造成容器過度變形?！　≡诮蛔冚d荷作用下，這種應(yīng)力再疊加上壓力載荷的應(yīng)力及不連續(xù)應(yīng)力會使容器出現(xiàn)疲勞裂紋，主要危害是導(dǎo)致疲勞失效?！　?yīng)力分析設(shè)計的指導(dǎo)思想——容器上存在不同載荷及不同的應(yīng)力，而且對容器失效的影響又各不相同，因此就應(yīng)當更為科學(xué)地將應(yīng)力進行分類，并按不同的失效形式和設(shè)計準則進行應(yīng)力強度校核?！　》治鲈O(shè)計法——按這種設(shè)計思想進行容器設(shè)計時必先進行詳細的應(yīng)力分析，將各種外載荷或變形約束產(chǎn)生的應(yīng)力分別計算出來，然后進行應(yīng)力分類，再按不同的設(shè)計準則來限制，保證容器在使用期內(nèi)不發(fā)生各種形式的失效，這就是以應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的設(shè)計方法?！　?基本概念　　1）薄膜應(yīng)力（Membrane stress）：是沿截面厚度均勻分布的應(yīng)力成分，其等于沿所考慮截面厚度的應(yīng)力平均值?！　?）彎曲應(yīng)力（Bending stress）：是法向應(yīng)力沿截面厚度上的變化分量。沿厚度的變化可以是線性的，也可以不是線性的。最大值發(fā)生在容器的表面處，設(shè)計時取最大值。分析設(shè)計的彎曲應(yīng)力是指線性的。　　3）法向應(yīng)力（Normal stress）：垂直于所考慮截面的應(yīng)力分量，也稱正應(yīng)力。通常法向應(yīng)力沿部件厚度的分布是不均勻的，可將法向應(yīng)力視為由兩種成分組成，一是均勻分布的成分，該截面厚度應(yīng)力的平均值（即為薄膜應(yīng)力）；另一是沿截面厚度各點而變化的成分，可能是線性的，也可能是非線性的?！　?）切應(yīng)力（Shear stress）：是與所考慮截面相切的應(yīng)力成分?！　?）應(yīng)力強度（Stress intensity）：即“組合應(yīng)力當量強度”，　　復(fù)雜應(yīng)力的當量強度，是按所采用的強度理論對復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)組合為與單向應(yīng)力可資比較的當量應(yīng)力?！　?fù)雜應(yīng)力：三向或二向應(yīng)力；　　強度理論：第三強度理論（最大剪應(yīng)力）當量強度?！　?yīng)力強度值：規(guī)定為給定點處最大剪應(yīng)力的2倍，即最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力的代數(shù)值之差?！　?）設(shè)計應(yīng)力強度Sm：應(yīng)力強度的許用基準值　　除螺栓材料外鋼材；　　　　螺柱材料（JB 4732表3－2）：　　對用奧氏體不銹鋼材制成的部件，根據(jù)使用部件，對允許有微量永久變形的部件：　　　　7）塑性：材料中應(yīng)力超過曲阜極限后發(fā)生于時間無關(guān)的不可恢復(fù)的變形。　　特點：應(yīng)力應(yīng)變—非線性：非單值對應(yīng)　　8）彈性名義應(yīng)力：無論載荷多大，假定結(jié)構(gòu)材料始終為線彈性時所求得的計算應(yīng)力?！　〖俣ú牧鲜冀K符合虎克定律（線彈性）；利用彈性力學(xué)求解，超過屈服極限時，應(yīng)力又稱“虛擬應(yīng)力”。　　應(yīng)力分類法一　　彈性應(yīng)力分析，塑性失效準則控制　　　　9）安定性原理　　①σy＜σ1＞2σy；　　第一次加載時，局部塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變按OAB線變化，按彈性名義應(yīng)力σ1計算的應(yīng)力應(yīng)變線為 OAB’。卸載時沿BC線下降。由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)周圍存在彈性約束，使塑性變形回復(fù)到，此時產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力（大小由0C線段代表）?！　〉诙渭虞d卸載循環(huán)將沿BC線變化，這時不再發(fā)生新的塑性變形，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出新的彈性行為，亦即進入安定狀態(tài)?！　　　、讦?＞2σy；　　塑性區(qū)內(nèi)的彈性名義應(yīng)力超過兩倍屈服強度值后，卸載時從B點沿BG線下降，由于約束而產(chǎn)生反向壓縮屈服而達到D點。于是第二次加載卸載循環(huán)則沿DEBGD回線變化。如此多次循環(huán)則反復(fù)出現(xiàn)拉伸屈服和壓縮屈服，則可能引起塑性疲勞，結(jié)構(gòu)便處于不安定狀態(tài)?！　　　、郐?＝2σy；安定與不安定的界限。第一次加載卸載的應(yīng)力應(yīng)變回線為OABC，這是不出現(xiàn)反向屈服的最大回線，以后的加載卸載的應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)均沿一條最長的BC線變化，不再出現(xiàn)新的塑性變形，表現(xiàn)出最大的彈性行為，即達到安定狀態(tài)?！　∨c此對應(yīng)的虛擬應(yīng)力σ1正好為2σy，因此σ1≤2σy、即為出現(xiàn)安定的條件?！　　　?應(yīng)力分類的依據(jù)　　1）應(yīng)力產(chǎn)生的原因　　◆機械載荷直接產(chǎn)生　　◆在變形協(xié)調(diào)過程中產(chǎn)生的　　◆熱載荷引發(fā)的　　例：機械載荷引起的應(yīng)力：無自限性；　　溫差載荷：有自限性，不一定導(dǎo)致容器失效　　　?、儆蓹C械載荷引起的應(yīng)力　　包括壓力、支座反力、管道推力等　　引起的應(yīng)力分布：　　可由外載荷與內(nèi)力的平衡關(guān)系求得。　　薄壁殼體中，應(yīng)力為沿壁厚均勻分布的薄膜應(yīng)力，并在容器的總體范圍內(nèi)存在?！　『癖谌萜髦?，應(yīng)力是沿壁厚呈非線性分 布狀態(tài)，可以分解為均布分量和非均布分量?！　　　、谟刹贿B續(xù)效應(yīng)引起的不連續(xù)應(yīng)力　　產(chǎn)生原因：由結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)引起的；按照不連續(xù)應(yīng)力影響 范圍大小又區(qū)分為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)和局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)?！　‘a(chǎn)生條件（任意一種或組合）：　　◆幾何不連續(xù)（如曲率半徑有突變）；　　◆載荷不連續(xù)；　　◆材質(zhì)不連續(xù)?！　、塾蓽夭町a(chǎn)生的熱應(yīng)力　　熱應(yīng)力：由內(nèi)部溫度分布不均勻或材料熱膨脹系數(shù)不同引起的 自平衡應(yīng)力；或當溫度發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)的自由熱變形被外部約束限制所引起的應(yīng)力?！　∫馃釕?yīng)力的“載荷”是溫差，溫差表明該類載荷的強弱，故稱為熱載荷，以區(qū)別于機械載荷?！　釕?yīng)力沿壁厚方向的分布可能是均布的、線性的或非線性的?！　「鶕?jù)作用范圍大小，分總體熱應(yīng)力和局部熱應(yīng)力?！　?）應(yīng)力導(dǎo)出的方法　　例：遠離結(jié)構(gòu)不連續(xù)處，通過外載和內(nèi)力間的平衡關(guān)系導(dǎo)出，平衡機械載荷必須的；容器總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)處，如圓筒和封頭連接處，為保持二者間的幾何連續(xù)性，需要由變形協(xié)調(diào)條件導(dǎo)出邊緣應(yīng)力；　　二者導(dǎo)出方法不同，應(yīng)力性質(zhì)也不同，對容器失效的影響也不同　　3）應(yīng)力的分布：是總體范圍還是局部范圍的?！　】傮w范圍分布的應(yīng)力，可能使容器發(fā)生整體范圍的彈性或塑性失效；局部范圍的應(yīng)力，只會造成容器局部彈塑性失效或疲勞失效?！　±簤毫?；　　接管力；　　3）應(yīng)力的分布：沿壁厚的分布是均勻的、線性的或非線性的?！　⊙乇诤窬鶆蚍植嫉谋∧?yīng)力；　　線性分布的彎曲應(yīng)力，或非線性分布的分量；　　薄膜應(yīng)力對容器失效所構(gòu)成的危險比彎曲應(yīng)力、非線性應(yīng)力分量大。　　 應(yīng)力分類　　1）一次應(yīng)力P（primary stress）：為平衡壓力與其他機械載荷所必需的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力。　　可由與外載荷的平衡關(guān)系求得，由此一次應(yīng)力必然直接隨外載荷的增加而增加。一次應(yīng)力P也稱“基本應(yīng)力”?！　【哂小胺亲韵扌浴碧卣鳎骸　∫淮螒?yīng)力P（primary stress）可分為三類：　　一次總體薄膜應(yīng)力巧Pm；一次局部薄膜應(yīng)力矸PL；　　一次彎曲應(yīng)力矸Pb?！　?）二次應(yīng)力P（Secondary stress）：由相鄰部件的約束或結(jié)構(gòu)的自身約束所引起的法向應(yīng)力或切應(yīng)力?！　』咎卣魇蔷哂小白韵扌浴保骸　⊥搀w與端蓋的連接；　　厚壁容器內(nèi)外壁存在溫差；　　　　3）峰值應(yīng)力F（Peak stress）：由局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)和局部熱應(yīng)力的影響而疊加到一次加二次應(yīng)力之上的應(yīng)力增量?！　〗Y(jié)構(gòu)上的小半徑過渡圓角、部分未焊透及咬邊、裂紋等缺陷處均有應(yīng)力集中，均存在附加在一次與二次應(yīng)力之上的峰值應(yīng)力。　　特點：高度的局部性，可能引起疲勞或脆斷。對結(jié)構(gòu)總體 應(yīng)力分布和變形沒有重大影響?！　?）總結(jié)　　JB 4732 表5－1應(yīng)力種類一次應(yīng)力二次應(yīng)力峰值應(yīng)力總體薄膜局部薄膜彎曲說明（例子見表4－1）沿實心截面的平 均一次應(yīng)力。不包括不連續(xù)和 應(yīng)力集中。僅由機械載荷引 起的沿任意實心截面的平均應(yīng)力?？紤]不連續(xù)但不 包括應(yīng)力集中。僅由機械載荷引 起的和離實心截面形心的距離成正比 的一次應(yīng)力分量。不包括不連續(xù)和應(yīng)力集中。僅由機械載荷引起的為滿足結(jié)構(gòu)連續(xù)所需要的自平衡應(yīng)力。發(fā)生在結(jié)構(gòu)的不連續(xù)處，可以由機械載荷或熱膨脹差引起的。不包括局部應(yīng)力集中（1）因應(yīng)力集中（缺 口）而加到一次或二次 應(yīng)力上的增量。（2）能引起疲勞但不 引起容器形狀奕化的某些熱應(yīng)力符號1）PmPLPbQ2）F2）　　4）總結(jié)—載荷和應(yīng)力關(guān)系　　　　4）總結(jié)－各類應(yīng)力可能引起的失效　　靜載：一次應(yīng)力可能引起韌性斷裂、脆斷斷裂；　　二次應(yīng)力一般不會引起失效；　　峰值應(yīng)力由溫度載荷引起的一般不會引起失效；　　由機械載荷引起的可能引發(fā)脆斷；　　交變：都可能引起疲勞；　　5）應(yīng)力分類的應(yīng)用　　例：受內(nèi)壓P，沿壁厚溫差△t　　部位A 遠離結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)域　　部位B 處于幾何不連續(xù)區(qū)　　部位C 接管根部　　　　 應(yīng)力強度計算　　1）應(yīng)力分量歸類　　將各種載荷組合（JB　4732 表3－3）作用下的各應(yīng)力分量，分別按Pm、PL、Pb、Q及F歸為5類；　　2）各類別按應(yīng)力分量疊加，得到5組應(yīng)力分量（每組6個）；5組為：Pm組、PL組、PL＋ Pb組、PL＋Pb＋Q組及PL＋Pb＋Q＋F組　　3）按組分別計算主應(yīng)力（σσσ3）；　　4）按組分別計算應(yīng)力強度（SⅠ、SⅡ、SⅢ、SⅣ、SⅤ）：　　應(yīng)力強度＝Max{ |σ1－σ2丨、|σ3－σ1丨、|σ2－σ3丨}　　5）按JB 4732表5－1進行校核：　　應(yīng)力強度（SⅠ、SⅡ、SⅢ、SⅣ、SⅤ）≤λKSm　　　　 分析設(shè)計的直接法　　即“塑性分析法”，對結(jié)構(gòu)直接進行塑性分析或極限分析，求出塑性狀態(tài)下的應(yīng)力分布或極限載荷?！　〗Y(jié)構(gòu)設(shè)計中，若給定載荷不超過結(jié)構(gòu)塑性極限載荷的2/3，則在結(jié)構(gòu)具體部位上不需要滿足一次應(yīng)力相關(guān)許用值的規(guī)定?！　≡O(shè)計必須考慮塑性應(yīng)變集中對結(jié)構(gòu)的疲勞破壞、棘輪破壞的影響，且應(yīng)按有關(guān)章節(jié)校核結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性?！　≈x謝大家！40 / 40