内压圆筒和球壳中的温差应力

原创 胡伟明  2020-04-19 20:56:00  阅读 153 次 评论 0 条
摘要:

简介金属材料具有热胀冷缩的特性。如果金属材料各部分的温度是均等的,并且膨胀和收缩不受到约束,此时,温度上升和下降并不会造成任何温差应力。但如果受到约束则会产生应力,当该应力比较大时会造成金属材料严重变形而导致破坏。此时,必须考虑温差应力和内压引起的机械应力的组合应力的影响。温差应力分布容器内介质温度比容器外介质的温度高,即内加热时,内壁膨胀量比外壁大,外壁限制内壁膨胀,内壁又迫使外壁变形。这样,内壁产生压应力,外壁产生拉应力。这种温差应力与内压引起的机械应力叠加,使内层拉伸总应力趋于减小,外层拉

简介

金属材料具有热胀冷缩的特性。如果金属材料各部分的温度是均等的,并且膨胀和收缩不受到约束,此时,温度上升和下降并不会造成任何温差应力。但如果受到约束则会产生应力,当该应力比较大时会造成金属材料严重变形而导致破坏。此时,必须考虑温差应力和内压引起的机械应力的组合应力的影响。

温差应力分布

容器内介质温度比容器外介质的温度高,即内加热时,内壁膨胀量比外壁大,外壁限制内壁膨胀,内壁又迫使外壁变形。这样,内壁产生压应力,外壁产生拉应力。这种温差应力与内压引起的机械应力叠加,使内层拉伸总应力趋于减小,外层拉伸总应力趋于增大,器壁在全厚度范围内的拉伸总应力相对于仅为内压作用下筒壁的周向应力分布面而言趋于均匀化。但当内外壁温差较高时,外壁壳面的总应力有可能超过内壁壳面的机械应力。

外加热的压力容器在内压作用下的温差应力,内壁为拉应力,外壁为压应力,使器壁全厚度范围内的拉伸应力更趋不均匀,内壁拉伸总应力更大。

温差应力的设计思考

影响温差应力的因素很多,例如,壳体的壁温差,材料的物理性能(弹性模量、线胀系数、泊松比),容器的几何尺寸,结构形式、热传导情况等.

按我国JB 4732-95和ASME第Ⅷ卷第二册均将径向温度梯度造成的温差应力定为二次应力范畴。设计时按JB 4732-95标准进行温差应力计算,并按标准规定的应力强度准则判定。

JB 4732-95规定的弹性应力计算方法适用于壳体在所计算的温度范围内,材料保持弹性,且弹性模量与线胀系数保持不变,圆筒或球壳可以自由膨胀。

如果圆筒或球壳处于高温蠕变状态,内外壁温差所引起的器壁间的自由变形量不会对器壁造成约束,因而温差应力将得到控制,此时不必校核器壁的组合应力。


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