压力容器设计(10)

南京工业大学 备课笔记 46

第一次加载,卸载 O-A-B B-C-D 第二次加载,卸载 D-E-B B-C-D

多次加载,卸载反复出现拉伸屈服和压缩屈服,故结构属于不安定状态.所以保证结构安定的条件是ζ≤2ζ.

由于ζ≥1.5Sm 所以 2ζ=3Sm

(4)应力设计限制

a. 一次总体薄膜应力强度SⅠ

总体薄膜应力s是容器承受外载荷的应力成分,在整体范围存在,没有自限性,限制条件 SⅠ≤KSm K:载荷组合系数 取1.0-1.25 b. 一次局部薄膜应力强度 SⅡ

允许比一次总体薄膜应力高, 比二次应力低 SⅡ≤1.5KSm

c. 一次薄膜(总体或局部)加一次弯曲应力强度SⅢ

弯曲应力沿厚度呈线性变化,危害性比薄膜应力小, SⅢ≦1.5KSm

d. 一次加二次应力强度 SⅣ

根据安定性分析 SⅣ≦3Sm

其设计应力强度Sm取操作循环中最高与最低温度下材料Sm平均值. e. 峰值应力强度 SⅤ

峰值应力强度应由疲劳设计曲线得到的应力幅来评定 SⅤ≤Sa

P217,图4-61总结各应力强度的限制条件.

4.4.5 分析设计的应用 Application of Design by Analysis

(1)分析设计的一般步骤

① 结构设计,确定结构形式计算各厚度 ② 建立力学模型,选用合适分析方法 ③ 应力计算,分析 ④ 应力分类

南京工业大学 备课笔记 47

⑤ 计算应力强度 ⑥ 核算应力强度 (2)分析设计标准的应用

压力高,直径大的容器;受疲劳载荷作用的;结构复杂的容器.

4.5 疲劳分析 Fatigue Analysis 4.5.1 概述

压力容器在交变载荷作用下(开,停车,压力波动,温度变化)应力呈周期性变化,使容器发生疲劳失效破坏.

容器的疲劳设计也需进行详细的应力分析,应力分类. 最大应力 ζ

MAX

最小应力 ζ

Min

平均应力 ζm=1/2(ζ

MAX

+ζ

Min

) )

交变应力幅 ζa=1/2(ζ应力比 R=ζ疲劳分类:

Min

MAX

-ζ

Min

/ζ

MAX

高循环疲劳(高周疲劳):使用期内应力循环数>105次 低循环疲劳(低周疲劳):循环次数在102-105次.

4.5.2 低循环疲劳曲线 Low Cycles Fatigue Curve

(1)低循环疲劳计算曲线

疲劳曲线:描述疲劳破坏前交变应力循环次数N与交变应力幅ζa大小关系的曲线,称材料的疲劳曲线.

高循环疲劳曲线由标准光滑圆截面试样 在对称循环下试验测得.

当应力幅ζa低于材料的疲劳持久极限ζ

-1

时,经无数次循环(107以上)

南京工业大学 备课笔记 48

也不会疲劳破坏.

虚拟应力幅:S=1/2Eεt, εt:真实应变幅 (4-92) 低循环疲劳中,Coffin指出塑性应变εp与N之间的关系为:

Nεp=C

C;常数,材料拉伸试验中断裂时的真实应变的一半,C=1/2εt 而εt与断裂时断面收缩率的关系 ε100t=ln

100??

总应变应为塑性应变与弹性应变之和. 代入(4-92) S=1/2Eεt=1/2Eεp+1/2Eεe 对于弹性应变,其交变应力幅为

ζa=1/2Eεe, 所以 S=1/2Eεp+ζa (4-95) 由(4-93)得 εp=

CN 再代入(4-95),当高循环疲劳时,ζa=ζ-1 S=E4Nln100100???ζ-1 (4-96)

(2)平均应力对疲劳寿命的影响 Average stress

试验曲线是在对称循环下得到的,而

实际容器不是在对称循环下工作,因此要将上述 曲线用于工程,除取一定安全系数外,还要考虑平 均应力的影响.

试验表明:在非对称循环的交变应力作用下, 平均应力增加,使疲劳寿命下降.

Goodman提出关于平均应力与交变应力幅的关系

?a???m=1 (4-97) ?1?b上式在右图中为直线AB,

南京工业大学 备课笔记 49

而Goodman线代表了不同平均应力时的失效情况, ζm上升,ζa下降,AB线以上发生疲劳,以下不发生. (3)平均应力调整以及当量交变应力幅的求法; 见P221,图4-66

4.5.3 压力容器的疲劳设计 Fatigue Design of Pressure Vessels

(1)压力容器的疲劳设计

a. 确定交变应力幅 b. 疲劳设计曲线 c. 疲劳强度校核

(2)容器不需作疲劳分析的规定 见P225,

4.5.4 影响疲劳寿命的其他因素 Other Factors for Affecting Fatigue Life

(1)容器结构 (2)容器表面性能 (3)环境

4.6 压力容器技术进展 Developments of Pressure Vessel

Technology

4.6.1 可靠性设计 Reliability Design 4.6.2优化设计 Optimal Design

4.6.3 计算机辅助设计 Compute Aided Design

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