容器开孔的强度问题及其补强准则

原创 胡伟明  2020-04-18 20:56:00  阅读 167 次 评论 0 条
摘要:

容器开孔的强度问题1:开孔对孔边薄膜应力的影响压力容器壳体一般承受均匀的薄膜应力,即一次总体薄膜应力。壳体开孔以后,不仅使壳体开孔截面的承载面积减少,使该截面的平均应力增大,而且开孔边缘的应力分布极不均匀,在离开孔边缘较远处,应力几乎没有变化,而增大的应力集中分布在开孔的边缘。由此在开孔边缘引起很大的局部薄膜应力。2:开孔对孔边弯曲应力的影响容器开孔以后,在开孔处由于曲面的影响,存在弯曲应力。此外,开孔后一般总需设置接管,即有另一个壳体与之相贯,相贯的两个壳体在压力载荷的作用下,各自产生的径向膨

容器开孔的强度问题

1:开孔对孔边薄膜应力的影响

压力容器壳体一般承受均匀的薄膜应力,即一次总体薄膜应力。壳体开孔以后,不仅使壳体开孔截面的承载面积减少,使该截面的平均应力增大,而且开孔边缘的应力分布极不均匀,在离开孔边缘较远处,应力几乎没有变化,而增大的应力集中分布在开孔的边缘。由此在开孔边缘引起很大的局部薄膜应力。

2:开孔对孔边弯曲应力的影响

容器开孔以后,在开孔处由于曲面的影响,存在弯曲应力。此外,开孔后一般总需设置接管,即有另一个壳体与之相贯,相贯的两个壳体在压力载荷的作用下,各自产生的径向膨胀(直径增大)通常是不一致的,为使两部件在连接点上变形协调,则必然产生一组自平衡的边界内力(包括横剪力与弯矩)。这些边界内力将在壳体的开孔边缘及接管端部引起局部弯曲应力。

3:开孔对孔边峰值应力的影响

壳体开孔以后,在壳体开孔边缘与接管的连接处还会产生一种由于应力集中现象造成的分布范围很小,而数值很高的峰值应力。

开孔补强准则

1:局部薄膜应力——静力强度

容器在压力载荷下产生的一次总体溥膜应力是最基本的应力,是为平衡压力载荷所产生的。开孔后在孔边产生的分布不均匀的局部薄膜应力,也是为平衡压力载荷所产生的。这种应力如超过材料的许用应力达到材料的屈服点,则容器将产生很大的变形(径向膨胀),如不计及材料的应变强化效应,则材料会发生塑性流动,导致容器破坏。这种破坏是在一次加载条件(方式)下就会发生的,故称其为静力强度失效。

2:局部弯曲应力--安定性

由于相贯壳体变形协调产生的边界内力引起的局部弯曲应力具有自限性,它不会使容器在一次加载条件下发生破坏,一但它可能在多次加载条件下,即多次加压、卸压加载方式下,造成开孔附近的局部破坏,即发生失去安定性的塑性疲劳破坏(大应变疲劳破坏)。

3:峰值应力--疲劳强度

由于应力集中现象引起的峰值应力虽不会使容器在一次或多次加载方式下发生破坏,但可能在频繁的加压、卸压的反复加载方式下,使开孔接管的连接部位首先出现裂纹,继而扩展,最终导致容器开孔附近的破裂,即发生疲劳强度破坏。

容器中上述几种应力虽然是同时存在的,但其破坏的发生则是与加载方式(加、卸压循环次数)密切相关的。因此,压力容器开孔强度设计,首先应根据使用条件的加载方式(一次、多次或反复加载),考虑可能发生的破坏形式,然后确定所应计算的应力,并按不同应力的性质,分别加以对待,以确保容器的安全性和经济性。


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