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由内压或外压产生的主薄膜应力一直存在于设备上，同样压力或机械载荷在板上产生的弯曲应力也一直存在，这些应力称之为主应力。 主应力是为了与内部和外部的力和弯矩保持平衡的载荷导致的应力，其基本特征是非自限性，因此当他们超过材料的屈服时可能会导致失效或严重变形。主应力的另一个例子就是由风、雪或其他指定的动载荷导致的主应力，这些载荷可能产生拉伸、压缩或弯曲，这些应力必须与压力产生的应力进行组合以确定总的主应力。 二次应力，换句话说这些应力是由其他部件限制或结构自身约束引起的，二次应力的基本特征是自限性的。局部的屈服以及轻微的变形可能都会产生应力并发生失效，导致二次应力的一些情况： 结构内的温度梯度产生的热应力 在压力容器筒体和封头连接处，由于在压力情况下这两个元件不同的变形导致的 二次应力并不会均布影响到整个容器中，也不像刚才主应力我们了解到的只要载荷存在应力就一直存在。事实上，二次应力是局部的和自限性的，因为一旦不同的位移满足材料的塑性流动，将会产生更有利的应力分布结果。虽然其不影响设备的静态或破裂强度，但当设备循环加载，这么高的局部应力会严重限制其疲劳寿命。 设备上的不连续应力 当一个设备只承受内压，我们一般考虑直接的拉伸应力，称之为薄膜应力，存在于整个壁厚的位置。整个设备上不同的薄膜应力也会产生不同的位移，这将在壁厚上产生弯曲应力。 即使这些弯曲应力是局部的，但有时会非常高。其中一种就是压力容器筒体和封头的连接处（见图1），由于承受内压时导致该设备的筒体和封头不同的径向变形。 因此，在这些部件的连接处会在容器壁上产生局部的弯曲，在这些位置产生的附加应力称之为不连续应力。 图1 在球形封头和筒体连接处的不连续应力 当h/r非常小时，如在薄壁容器的情况，位移和弯曲将在非常局部的位置，产生的应力仅在连接处附近。在封头边缘的小区域在形状上可以当量成筒体，因此根据压力容器筒体推导出的方程也可用于椭圆封头、球形封头、碟形封头或锥形封头的连接处。 筒体与球形封头的连接处 如果筒体和球形封头没连接到一起，如图1，在两个不同位置由于薄膜应力产生的不同的径向位移为： 该方程中的第一个数是沿着筒体长度恒定的薄膜应力，第二个数是弯曲应力，沿着筒体长度是变化的，从上表可看到在Βx=π/4时达到最大。该变化见下图： 方程中的第一个数是环向应力，沿筒体长度方向恒定，第二个数由于半径的减小产生的压缩应力和弯曲应力沿着设备长度方向是变化的。变化的应力见下图： 该讨论和实例仅考虑的是筒体和封头的厚度和弹性模量相同的情况，如果封头的厚度比筒体薄或者在连接处的弹性模量不同，这时候除了剪力P0还会存在弯矩M0。 参考资料：Theory and Design of Modern Pressure Vessels by John F. Harvey.
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发表于 2017-3-20 19:21:22
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