边缘应力及其特点

1、8.1 回转薄壳的薄膜应力理论,8.2 薄膜应力理论的应用,8.3 边缘应力及其特点,第八章 内压薄壁容器的应力理论,2007.11 2008.01,1,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,联接边缘：壳体相邻部分的联接边界，通常指联接处的平行圆 远离联接边缘的壳体纵截面上存在着由环向弯矩引起的环向弯曲应力 在联接边缘区域的横截面上存在着由经向弯矩引起的经向弯曲应力,8.3 边缘应力及其特点,2007.11 2008.01,2,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,远离联接边缘的壳体纵截面上存在着由环向弯矩引起的环向弯曲应力,一、边缘应力的产生,2007.11 2008.01,

2、3,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,内压力不但在圆筒筒壁的纵向截面上引起周向拉应力，而且还会引起周向弯曲应力k K可以忽略不计 薄膜应力理论在远离联接边缘区时，有相当高的准确性,2007.11 2008.01,4,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,在联接边缘区域的横截面上存在着由经向弯矩引起的经向弯曲应力,2007.11 2008.01,5,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,在联接边缘及其附近的壳体横截面内，除作用有经线拉应力，还存在经向弯曲应力M 筒体与平板封头联接边缘 M不能忽略 联接边缘处的应力求解应用有力矩理论 有力矩理论解出弯曲应力与薄膜应力叠加

3、,2007.11 2008.01,6,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,在壳体联接的边界上存在附加的边缘力和边缘力矩，并由此在边缘区域产生相应的弯矩和剪力 正是在边缘力的作用下，使得本来单纯在薄膜应力作用下出现的边界分离不可能发生，而是彼此协调，保证了边缘联接的连续性 由于联接边缘区的变形受到约束而出现的边缘力系，将在联接边缘区的壳壁内引起复杂的内力和相当大的应力边缘应力（边界应力）,2007.11 2008.01,7,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,联接边缘邻接的两部分壳体变形不同而又互相约束产生边缘应力的条件 边缘应力的存在总是以变形受到某种限制为前提 哪里有限制

4、，哪里就有边缘应力 限制越大，边缘应力越大 产生边缘应力的若干情况,2007.11 2008.01,8,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,筒体与封头的联接，造成经向的突然转折，几何形状不连续，或封头自身经线曲率有突变（例如碟形封头）,2007.11 2008.01,9,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,圆筒上装有法兰、加强圈、管板等刚性较大的元件,2007.11 2008.01,10,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,不同厚度、不同材料的筒节相联接,2007.11 2008.01,11,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,壳体上相邻部分所受的压力或

5、温度有突变,2007.11 2008.01,12,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,局部性 自限性（材料屈服、范围局部性）,二、边缘应力的特性,2007.11 2008.01,13,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,边缘应力是与薄膜应力性质不同的一种应力 薄膜应力是介质内压力直接引起，是一种整体应力，遍布于整个壳体上 内压力增加，薄膜应力相应增大 当薄膜应力达到材料的屈服极限时，容器筒壁就屈服 边缘应力是由联接边缘的自由变形相互受到约束而引起的附加应力，具有局部性和自限性,二、边缘应力的特性,2007.11 2008.01,14,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,从设计角度看，控制边缘应力关键不在如何用繁杂的有力矩理论计算边缘应力，而是应用边缘应力的基本概念在结构上作出改进，从而使边缘应力大大减小，甚至完全消失按规则设计,三、控制边缘应力结构上应采取的措施,2007.11 2008.01,15,化工设备设计基础薄壁容器设计边缘应力及其特点,要注意避免壳体经线曲率的突然变化，以保持几何形状的连续，直线与曲线连接时需加必要的过渡圆弧 要注意使焊缝尽量避开边缘应力作用区 尽量不采用不等壁厚壳体的焊接 有必要时可在边缘应力作用区设置局