JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介备课讲稿
基于JB4732标准的压力容器应力分析
压力容器的静力学分析与模态分析压力容器的制造和使用都有严格规范标准，本文借助ANSYS软件对某型压力容器结构进行静力学分析与模态分析，结合压力容器分析设计标准JB4732-1995，对压力容器的应力结构进行评定，从而对压力容器结构进行强度校核。
本文所研究分析的压力容器结构如下所示，压力容器顶部开孔为非对称开孔，侧边开孔为对称开孔。
压力容器筒体外径为1218mm，总高度为4058mm，顶部接管内径为212mm，侧边接管内径为468mm，筒体壁厚为28mm。
压力容器的工作压力为3.2MPa，容器内工作温度为-25℃-55℃，整体结构材料为14Cr1Mo。
图1 压力容器结构三维模型（右图为剖视）表3.1 压力容器结构应力分析的材料参数材料弹性模量（Gpa）泊松比许用应力(MPa)14Cr1Mo 183 0.3 1403.1 有限元模型建立采用ANSYS Workbench进行静力学分析，需要先对压力容器结构进行网格划分，为提高计算精度，保证线性化应力后处理的准确性，对压力容器结构采用全六面体的网格划分，且在厚度方向上划分至少3层的网格。
网格单元类型采用高阶单元类型，在ANSYS 中的单元类型号为Solid186，Solid186单元结构如下图所示，该单元共有20个节点，单元形状为六面体，在六面体的顶点处共有8个节点，在六面体边的中点位置处共有12个节点，合计20个节点。
Solid186可以很好的适用于线性或非线性的有限元仿真分析，同时还支持塑性本构、蠕变本构等一些特殊的非线性材料。
Solid186属于实体单元，实体单元每个节点具有三个平动自由度，分别为UX，UY和UZ。
结构厚度方向上布置多层网格单元，可以很好的分析出结构在厚度方向上的应力变化梯度，提高计算精度[13]。
图2 Solid186单元类型结构图采用workbench自带的Mesh功能对压力容器结构进行网格划分，整体的网格尺寸设置为15mm，厚度方向划分三层网格。
GB150、JB4732和JBT4735的适用范围和主要区别知识讲解
奥氏体高合金钢：
ns=nts>1.5
对介质的限 制
不限
不限
不适用于盛装高度毒性或 极度危害介质的容器
设计准则
弹性失效设计准则
塑性失效设计准则和疲劳 失效设计准则，局部应力 用极限分析和安定性分析 结果来评定
一般为弹性失效设计准则 和失稳失效设计准则
应力分析方 法
以材料力学、板壳理论公式为基础，并引入 应力增大系数和形状系数
不需要
是否需要
疲劳分析
不适用于需要疲劳分析的容器
需要,但有免除条件（按 载荷循环次数或应力幅提 供疲劳分析免除条件）
不适用于需要疲劳分析的
容器
设计、制造 资格要求
设计单位和制造单位应有相应的设计批准
书或制造许可证；
设计单位需取得应力分析 设计资格证书，设计文件 必须由三名具有资格证书 的分析设计人员签名；
设计、制造都无资格要
求；
检验资格要
焊接必须由持有相应类别资格的焊工担 任;无损检测必须由有相应类别资格的人 员担任
制造单位必须具有三类容 器的制造许可证；焊接必 须由持有相应类别资格的 焊工担任；无损检测必须
需无损检测的容器，应由 有无损检测资格的人员担 任;有的容器需由有考试 合格证的焊工担任
0.02MPa
-0.02MPa<pd<
0.1MPa
设计温度
按钢材允许的使用温度确定（最高为
700°C,最低为-196 °C）
低于以钢材蠕变控制其设 计应力强度的相应温度
（最高475C）
大于-20C至350C（奥 氏体高合金钢制容器和设
计温度低于-20C,但满 足低温低应力工况，且调 整后的设计温度高于- 20C的容器不受此限 制）
JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介
路径 1-1
MEMBRANE MEM＋BEND 73.80 128.7
PEAK 22.63
TOTAL 151.0
MEMBRANE 可能是一次总体薄膜应力也可能是一次局 部薄膜应力。BEND可能是一次弯曲应力也可能属于二 次应力。MEM PLUS BEND根据前2者可能是一次薄膜+ 一次弯曲(1.5kSm)，也可能是一次+二次应力(3Sm)。 ANSYS只能把应力根据平均应力、线性化应力和非线性 化应力来区分薄膜应力弯曲应力和峰应力，而不能分 出总体薄膜应力和局部薄膜应力，一次应力还是二次 应力。
[7]陈小辉.基于有限元法压力容器分析设计方法的评议. 硕士论文，2010.
应力强度: 该点最大主应力与最小主应力之差 五类基本的应力强度:
S I , S II , S III , S IV
和
SV
(1) 一次总体薄膜应力强度 SⅠ (2) 一次局部薄膜应力强度 SⅡ (3) 一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应（PL+Pb） 强度 SⅢ (4) 一次加二次应力（ PL+Pb +Q）强度 SⅣ (5) 峰值应力强度 SⅤ（由PL+Pb +Q+F算得）
应力强度限制 :
（1）一次总体薄膜应力强度S1
限制条件：S1≤KSm
K----载荷组合系数， K=1.0~1.25
（2）一次局部薄膜应力强度SⅡ
限制条件：SⅡ ≤1.5KSm
（3）一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力强度SⅢ
限制条件：S Ⅲ ≤1.5KSm
（4）一次加二次应力强度SⅣ 限制条件：S Ⅳ ≤3Sm
（4）对于线性化后的应力根据标准释义中的相关规定 区分一次总体薄膜应力，一次局部薄膜应力，一次弯 曲应力，二次应力和峰值应力，并分别校核；
关于压力容器分析设计中的应力分类方法
关于压力容器分析设计中的应力分类方法发布时间：2021-12-28T08:54:25.672Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：李玲俐贾雪梅侯玮[导读] 并运用实例对应力分类展开了计算，最后提出一些意见，希望给压力容器分析设计中的应力分类带来积极的作用。
巴克立伟（天津）液压设备有限公司天津西青300385摘要：按照压力容器分析设计的标准，可把二维以及三维实体弹性有限元的计算应力分为三类，即一次应力、二次应力与峰值应力，于是本文就着重对这三类应力的原理展开了研究，并运用实例对应力分类展开了计算，最后提出一些意见，希望给压力容器分析设计中的应力分类带来积极的作用。
关键词：压力容器；分析设计；应力分类1 引言压力容器分析方法中的应力分类法最早是由 ASME 机械工程师协会于上世纪 60 年代纳入ASME VIII-2 中的。
我国最早也是在 JB4732-1995 中正式颁布了压力容器分析设计标准。
随着计算机技术的发展，使用有限元分析软件来进行分析设计已经被广泛普及和应用。
应力分类法主要以板壳理论中的应力分析作为根据，通过以线弹性分析的方法解决弹塑性结构的失效问题。
因为压力容器分析设计引入了应力分类，所以当设计人员计算好应力之后，还需根据结果进行分类，分为一次应力、二次应力以及峰值应力，每种应力的失效机制以及极限值均不同。
虽然具有特殊载荷在局部区域的应力分类，不过此分类主要是壳体理论的，无法直接用于二维以及三维实体弹性有限元当中。
目前二维以及三维实体有限元的应力分类方法还没有标准的原则，为此后文将通过对比分析法对几种应力分类进行综合阐述。
2 应力分类方法2.1 弹性补偿法（ECM）弹性补偿法也被称为减少模量法（RMM），此方法的应用原理为：降低高应力单元弹性模量、增加低应力单元弹性模量。
此方法是最先用于管道系统的应力分类方法，后来应用在压力容器当中。
减少模量法（RMM）在弹性有限元计算应力当中主要就是把模拟的非弹性响应和带有一次、二次特征的理想模型展开比较，进而分成一次应力与二次应力。
JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介[1]
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（4）对于线性化后的应力根据标准释义中的相关规定 区分一次总体薄膜应力，一次局部薄膜应力，一次弯 曲应力，二次应力和峰值应力，并分别校核；
JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介
10
实例:球形封头裙座应力分析
校核线0-0通过筒体最大应力处，方向沿壁厚方向，远 离结构不连续处。
圆筒壳体薄膜应力理论解： Pm＝PR/S ＝146.7MPa 与有限元结果相对误差为2.7%
球壳薄膜应力理论解： Pm＝PR/2S ＝122.1MPa 与有限元结果相对误差为0.2%
路径
MEMBRANE
MEM＋BEND
0-0
150.6
JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介
3
（一）一次应力 P
——平衡外加机械载荷所必须的应力 基本特征：非自限性
一次总体薄膜应力Pm 容器总体范围内存在 一次弯曲应力Pb 沿壁厚成线性分布的应力 一次局部薄膜应力PL
在结构不连续区产生的薄膜应力 JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介
图1 反应器结构简图 JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介
图2 裙座应力计算模型
11
应力分析结果：
（JB4732采用第三强度理论）
0-0
1-1
JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介
12
校核线1-1：
校核线1-1通过球壳与筒体连接位置，方向沿壁厚方向。 此处由于结构连续可能会产生较大的应力强度。之后 对校核线的应力分布做等效线性化处理。
(5)
峰值应力强度 S （由P +P Ⅴ JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介
JB／T4731讲稿
主讲内容:JB/T 4731-2005《钢制卧式容器》议程约3小时概述●钢制卧式容器的适用范围●材料的选用●支座●开孔及接管●钢制卧式容器的计算●钢制卧式容器的制造及检验●JB/T4731与GB150、NB/T47003.1之间的关系●新容规对JB/T4731的主要影响词汇●卧式容器●鞍式支座●法兰接管支座人孔手孔紧固件●圆筒轴向应力切向剪应力圆筒周向应力轴向弯矩压力温度均布载荷厚度材料试验压力制造及检验一. 钢制卧式容器的适用范围1●①本标准适用于设计压力不大于35MPa 是指●---。
--------------------。
--------------------。
---------------------。
---------●-0.1 -0.02 0.1 35MPa●卧式真空容器卧式常压容器卧式压力容器●GB150 NB/T47003.1 GB150●即：适用于钢制卧式常压容器与钢制卧式压力容器；一. 钢制卧式容器的适用范围2●②均布载荷，两个位置对称的鞍式支座支承的钢制卧式容器。
●③本标准不适用带夹套的卧式容器，主要是因有夹套后，夹套筒体的受力情况、抗弯断面系数等与假设不符。
二. 材料的选用1●①卧式容器的受压元件选材按GB150中的规定；●②鞍座与圆筒相连接的垫板与圆筒材料相同；●③地脚螺栓宜选用GB/T 700规定的Q235或符合GB/T 1591规定的Q345(设计温度≤-20℃时选用)；●④螺母:选用与地脚螺栓材质相匹配;●⑤鞍座材料的选用按表5-1：P9二. 材料的选用2表5-1：鞍座材料的选用设计温度，℃（环境温度加20 ℃）鞍座材料许用应力［σsa］，MPa0~250（-20~250 ）Q235-A147 0~-20（-20~-40 ）Q245R153三.支座●1.支座：卧式容器支座采用鞍式支座（P10图7-1）。
●当支座焊在容器上时，其中的一个支座应采用滑动●支座滚动支座。
承受内压的回转壳JB4732课件
掌握回转壳的结构特点、材料选择和制 造工艺。
了解回转壳在高温、高压、腐蚀等极端 条件下的性能和安全问题。
课程重要性
回转壳是石油、化工、机械等领 域的重要元件，掌握其原理、结 构和应用对于工程师和技术人员
至关重要。
承受内压的回转壳需要更高的强 度和稳定性，对于保证设备和系
统的安全运行具有重要意义。
通过本课程的学习，学生可以全 面了解回转壳的设计、制造、应 用和安全问题，为未来的工程实
无损检测技术可以有效地检测回转壳内部的缺陷和表面质量，应合 理选择和应用无损检测方法。
质量检验要求与方法
外观检测
检查回转壳的外观是否符合要求， 表面应平整、光滑，无明显缺陷和
损伤。
尺寸检测
测量回转壳的各项尺寸是否符合图 纸要求，包括壳体的直径、高度、
壁厚等。
无损检测
采用超声波探伤、磁粉探伤等方法 对回转壳进行无损检测，检测内部 和表面的缺陷和损伤。
学习收获
通过学习本课件，学员可以掌握回转壳的基本概念和设计方 法，了解其制造工艺和材料选择等方面的知识，为从事相关 领域的工作打下基础。
未来发展趋势与展望
技术创新
随着科技的不断进步和创新，回转壳的设计和制造技术也将不断得到改进和完善。未来，可以采用更先进的材料 和工艺，提高回转壳的强度和刚度，降低重量和成本。
常见故障及排除方法
泄漏
发现泄漏时，应立即停机 并关闭阀门，检查密封件 和连接处，更换损坏部件 。
受压部件损坏
如发现受压部件损坏，应 立即停机并联系专业人员 进行维修。
控制系统故障
如发现控制系统故障，应 立即停机并检查控制线路 和元件，进行维修或更换 。
维护保养要求与方法
钢制压力容器分析设计标准材料部分课件
《钢制压力容器——分析设计标准》材料部分
P% S% AKV，J
YB(T) 40—87
≤0.030 ≤0.030
20℃ ≥34
GB 6654—1996
≤0.035 ≤0.030
20℃ ≥31
GB 6654—1996
No.2
≤0.030 ≤0.020
0℃ ≥31
《钢制压力容器——分析设计标准》材料部分
准值提高；板厚>60mm，Rm标准值提高。JB 4732第1号修 改单，Sm值修改。
《钢制压力容器——分析设计标准》材料部分
四、 低合金高强度钢板 (2) 使用状态 表6-2，板厚>25mm，正火。 (3) 超声检测
6.2.5，壳体厚度大于20mm，不低于Ⅲ级。 多层包扎容器内筒钢板，不低于Ⅱ级。
YB(T)40—87
≤0.030 ≤0.030 20℃，≥34
GB 6654—1996
≤0.035 ≤0.030 20℃，≥31
GB 6654—1996
No.2 ≤0.030 ≤0.020 0℃，≥27
《钢制压力容器——分析设计标准》材料部分
JB 4732—1995，采用YB（T）40—87。 JB 4732第1号修改单 6.2.1，表6-2 采用GB 6654—
0℃ ≥31
《钢制压力容器——分析设计标准》材料部分
四、 低合金高强度钢板 5. 15MnNbR钢板
(3) 使用状态 新表6-2，正火。 (4) 超声检测 6.2.5，壳体厚度大于20mm，不低于Ⅲ级。 (5) 使用温度下限 新表6-3，10mm~60mm，正火，-20℃。
(6) 生产情况
《钢制压力容器——分析设计标准》材料部分
P% S%
《压力容器应力分析》课件
CHAPTER
06
压力容器应力分析的实践应用
压力容器设计中的应力分析
总结词
在压力容器设计中，应力分析是关键环节，用于评估容器在不同工况下的受力情况，确保容器的安全性和稳定性 。
详细描述
在压力容器设计阶段，应力分析的目的是确定容器在不同压力、温度和介质等工况下的应力分布，以及由此产生 的变形和疲劳损伤。通过使用有限元分析等数值方法，可以预测容器的应力水平和可能出现的应力集中区域，从 而优化设计，避免因过度应力而导致的容器破裂或失效。
CHAPTER
05
压力容器应力分析的结论与展 望
结论
01
压力容器应力分析是确保压力容器安 全运行的重要手段，通过对压力容器 的应力分析，可以评估容器的安全性 能和可靠性，预防因应力集中、疲劳 损伤等问题引起的容器破裂和泄漏等 事故。
02
压力容器的应力分析方法包括有限元 分析、有限差分法、边界元法等数值 计算方法和实验方法。这些方法可以 模拟和预测压力容器的应力分布和强 度，为容器的设计、制造、检验和使 用提供科学依据。
目的
确保压力容器的安全运行，防止因过 大的应力导致容器破裂或失效，提高 容器的使用寿命和可靠性。
应力分类
一次应力
01
由外部载荷引起的应力，如压力、重力和惯性力等。
二次应力
02
由容器内部压力引起的应力，通常是由于容器结构不连续或约
束条件引起的。
峰值应力
03
由于结构局部不连续或温度梯度引起的应力，通常在容器的高
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总结词：分析结果
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总结词：应用实例
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详细描述：展示简单压力容器应力分析的结果，包括应力 分布、应力强度和安全系数的计算等。
力学与强度(教案)(锅炉、压力容器、压力管道)
力学与强度（教案）2006年9月主要内容第一部分材料力学基本知识一、构件的承载方式二、应力与应变三、低碳钢的拉伸试验及其机械性能四、拉伸和压缩的强度条件五、复杂应力状态六、强度理论第二部分锅炉压力容器压力管道强度概论一、锅炉压力容器压力管道载荷种类二、锅炉压力容器压力管道常规设计中的强度控制原则（名义应力）三、边缘应力四、分析设计中的应力分类与控制原则五、热应力六、应力集中与疲劳七、有限元方法在锅炉压力容器应力分析中的应用第一部分材料力学基本知识一、构件的承载方式构件的简单承载方式分为：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转。
下面以杆件分别予以说明。
表1-1 杆件的基本变形形式♦杆件受到作用线与杆轴线重合的大小相等，方向相反的拉力，这时杆件承受拉伸作用，其变形称为拉伸变形。
♦杆件受到作用线与杆轴线重合的大小相等，方向相反的压力，这时杆件承受压缩作用，其变形称为压缩变形。
♦杆件承受与其轴线垂直的力的作用，或承受弯矩作用，这时杆件承受弯曲作用，产生的变形称为弯曲变形。
♦杆件受到作用线与杆轴线垂直，距离很近的大小相等、方向相反的两个力的作用时，这时杆件承受剪切作用，产生的变形称为剪切变形。
♦ 杆件受到在垂直于杆轴平面内的大小相等、转向相反的两个力偶作用，杆件则承受扭转作用，产生的变形称为扭转变形。
复杂承载状况往往是上述几种承载形式的组合，或同一种或几种承载方式在不同方向上的组合。
如汽车的驱动轴同时承受扭转、弯曲、剪切作用。
再如气瓶的圆筒部分承受沿轴向和环向双向拉伸作用。
二、应力与应变物体承受外载荷后，在其剖面上存在内力。
单位面积上的内力称为应力，根据剖面的方向不同和载荷的类型不同，在剖面上存在垂直于剖面方向拉、压应力（称正应力）和平行于剖面方向的剪应力作用。
以杆件拉伸为例加以介绍。
研究图1—1(a)所示的杆件AB 。
杆件承受拉伸载荷P ，我们用与轴线垂直的平面mn 将杆件分割，在横截面存在内力N 。
如横截面面积为A ，则作用在单位横截面面积上的内力的大小为：A PA N==σ (1-1)式中 σ 称为截面上的正应力，方向垂直于横截面。
jbt 4731-2005 钢制卧式容器讲稿.doc
JB/T4731-2005 <<钢制卧式容器>>1.适用范围JB/T 4731—2005《钢制卧式容器》相对于原来GB l50—1989第8章作了部分修订，如：取消圈座支承，增加鞍座轴向弯曲强度校核及附录A《有附加载荷作用时卧式容器的强度汁算》等。
JB/T 4731适用于设计压力不大于35MPa，在均布载荷作用下，由两个对称的鞍式支座支承的常压及受压卧式容器，它不适用于：——直接火焰加热及受核辐射作用的卧式容器；——经常搬运的卧式容器；——带夹套的卧式容器；一一作疲劳分析的卧式容器：卧式容器设计是先根据操作压力(内压、外压)确定壁厚，再依据自重、风、地震及其他附加载荷来校核轴向、剪切、周向应力及稳定性，卧式容器设计还包括支座位置的确定及支座本身的设计。
2.术语和定义.操作压力.设计压力.计算压力.试验压力设计温度工作温度试验温度计算厚度设计厚度名义厚度有效厚度3设计的一般规定3.1 设计压力的确定：（a）设计压力值应不低于操作压力；（b）装有超压泄放装置时，设计压力按GB150附录B确定设计压力；(c)液化气体，液化石油气的卧式容器，按《容规》规定确定设计压力；(d)真空容器的设计压力按承受外压考虑，当装用安全控制装置时，设计压力取1.25倍的最大内外压差或0.1Mpa两者的较低值；当无安全控制装置时，设计压力取0.1Mpa。
3．2设计温度的确定：(a)设计温度不低于元件金属在工作时可能达到的最高温度。
对于0度以下的金属温度,设计温度不应高于元件金属在工作时可能达到的最低温度。
铭牌上应标志设计温度。
(b)低温卧式容器的设计温度按GB150附录C规定确定。
3．3元件金属温度确定（a）传热计算；(b)在已使用的同类容器上测定；(C)在使用过程中，金属温度接近介质温度时按内部介质温度确定。
3．4 对于有不同工况的卧式容器，应按最苛刻的工况设计，并在图样或技术文件中注明各工况的操作压力和操作温度。
教学课件第三章压力容器应力分析
(2-58)代入(2-57)， 得弯矩和应力的关系式为：
r
12 M t3
r
z
12 M t3
z
(2-58)代入平衡方程(2-54)，得： d3w1d2w1dw Qr d3r rd2r r2 dr D
（2-59）
即：受轴对称 横向载荷
圆形薄板小挠度 弯曲微分方程：
ddr1rddrrddrQ Dr
（2-60）
r
f m
a
x
3pR2 4t2
（2-72）
过程设备设计
周边简支圆平板中的
最大正应力为板中心处
的径向应力，其值为
rm s
33pR 2
ax 8 t2
（2-73）
0.3
简支 固支
r
s m
a
x
3.3
1.65
2 f r max
表明: 周边简支板的最大正应力大于周边固支板的应力。
31
过程设备设计
内力引起的切应力：
dr
r
Mr+
dMr dr
dr
Qr
M
d.
T 7
分析模型 轴对称性
半径R，厚度t的圆平板 受轴对称载荷Pz
在r、θ、z圆柱坐标系中 内力：Mr、Mθ、Qr 三个内力分量
几何对称，载荷对称，约束对称，
在r、θ、z圆柱坐标系中
挠度 w只是 r 的函数，而与θ无关。
过程设备设计
求解思路
经一系列推导 弯曲挠度微分方程( pz w ) (基于平衡、几何、物理方程)
◆研究: 弹性,薄板 / 受横向载荷 / 小挠度理论 / 近似双向弯曲问题 6
3.4.2 圆平板对称弯曲微分方程 分析模型
应力分析设计在压力容器中的应用-1
应力分析设计在压力容器设计中的应用目前，压力容器行业在设计领域有两种方法：常规设计方法与应力分析方法，常规设计执行基本标准为GB150、应力分析方法执行标准为JB4732。
随着有限元计算方法在压力容器行业的推广应用，压力容器行业用材料及制造、焊接及检验等技术水平的提高，尤其是我国压力容器应力分析设计标准JB4732的颁布实施之后，分析设计在压力容器领域得到了广泛的应用，采用分析设计降低材料消耗、减轻设备重量，“该厚的厚、该薄的薄”，使材料的性能得到了充分的利用，并有效的提高了设备的整体安全性，真正实现了等安全度的设计理念，其经济效益和社会效益已得到了行业认可。
由于有限元计算方法系采用建立有限元模型后，施加载荷及约束进行求解，因此，适用于各种结构、任意形式的载荷，这是常规设计远远不能实现的，该特点不仅能有效利用材料，降低材料消耗，更为重要的是，它可以对任意载荷作用下得到相应的计算结果并予以合理评定，从根本上解决了常规设计无法实现的计算，因而使得压力容器在风险得到了全面的控制。
同时，我们也能注意到，有限元应力分析的方法也不是完美无缺的，由于所基于的模型和载荷过于理想化、理论化，无法完全模拟实际工程中可能出现各种结构缺陷、载荷偏差或无法人为确认因素等，因此，其分析结论与实际会出现偏差，而常规设计基于悠久的工程历史，积累了大量的工程经验，因此，在一些方面，其经验系数更加接近实际，尤其在密封结构的计算设计方面更显突出。
有限元应力分析方法对人员要求较高，除了具有一定的材料基础、力学基础以及一定的常规设计经验之外，还必须均有严谨认真的责任心，在结构模型及载荷边界条件合理准确的前提下，还应保证分析结果的收敛性。
此外，目前，我国应力分析设计标准要求材料使用温度限制在蠕变温度之内，对超出蠕变温度的静载荷评定及疲劳评定尚未有具体规定。
2024年压力容器的分析设计
Methods Places
simple formulas shell
Analytic, numerical, experimental mathod
All points
(3) Pressure vessel structures
Codes structures
Design-by-rule Some structures
一次总体薄膜应力强度SⅠ； 一次局部薄膜应力强度SⅡ； 一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力（PL+Pb）强度SⅢ； 一次加二次应力（PL+Pb+Q）强度SⅣ； 峰值应力强度SⅤ（由PL+Pb+Q+F算得）。
4.4.3 应力强度计算
应力强度计算步骤
除峰值应力强度外 ，其余四类应力强度计算步骤为：
（1）在所考虑的点上，选取一正交坐标系， 如经向、环向与法向分别用下标x 、q 、z表示， 用x、q和z表示该坐标系中的正应力， txq、txz、tzq表示该坐标系中的剪应力。
典型实例：平封头中部在压力作用下产生的弯曲应力。
4.4.2.1 应力分类
一次应力P
（3）一次局部薄膜应力PL 在结构不连续区由内压或其它机械载荷产生的薄膜应力和 结构不连续效应产生的薄膜应力统称为一次局部薄膜应力。 作用范围是局部区域 。
具有一些自限性，表现出二次应力的一些特征，从保守 角度考虑，仍将它划为一次应力。
PL
与 筒 体 內 压 局部薄膜应力一次应力 PL
连接处
弯曲应力二次应力
Q
表4-15 压力容器典型部位的应力分类
接管
接管壁
內 压 一次总体薄膜应力
Pm
局部薄膜应力一次应力 PL
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TOTAL 151.0 PL+Pb +Q+F＝SⅤ
≤Sa
JB4732中一般钢材的设计应力强度值Sm为下列各 值中的最低值：
（a）常温下标准抗拉强度下限值的1/2.6； （b）常温下屈服强度ReL(RP0.2)的1/1.5； （a）设计温度下屈服强度RteL(RtP0.2)的1/1.5 ；
技术，2002. [4]丁伯民.对欧盟标准EN13445基于应力分类法分析设
计的理解[J].压力容器，2007. [5]陆明万等.压力容器应力分析设计方法的进展和评述
[J].压力容器，2009. [6]叶夏妮等.应力等效线性化处理中的若干问题[J].压力
容器，2011. [7]陈小辉.基于有限元法压力容器分析设计方法的评议.
MEMBRANE 可能是一次总体薄膜应力也可能是一次局 部薄膜应力。BEND可能是一次弯曲应力也可能属于二 次应力。MEM PLUS BEND根据前2者可能是一次薄膜+ 一次弯曲(1.5kSm)，也可能是一次+二次应力(3Sm)。
ANSYS只能把应力根据平均应力、线性化应力和非线性 化应力来区分薄膜应力弯曲应力和峰应力，而不能分 出总体薄膜应力和局部薄膜应力，一次应力还是二次 应力。
（3）对校核线上的应力分布作等效线性化处理，分解 出薄膜应力，弯曲应力和非线性应力；
（4）对于线性化后的应力根据标准释义中的相关规定 区分一次总体薄膜应力，一次局部薄膜应力，一次弯 曲应力，二次应力和峰值应力，并分别校核；
实例:球形封头裙座应力分析
图1 反应器结构简图
图2 裙座应力计算模型
应力分析结果：
校核线0-0：
校核线0-0通过筒体最大应力处，方向沿壁厚方向，远 离结构不连续处。
圆筒壳体薄膜应力理论解： Pm＝PR/S ＝146.7MPa 与有限元结果相对误差为2.7%
球壳薄膜应力理论解： Pm＝PR/2S ＝122.1MPa 与有限元结果相对误差为0.2%
路径 0-0
MEMBRANE 150.6 Pm＝SⅡ ≤KSm
（5）峰值应力强度SⅤ
限制条件：S Ⅴ ≤Sa Sa----由疲劳设计曲线得到的应力幅
二、应力分类法具体操作
应力分类的原则与实施：
（1）对工程结构进行弹性分析，写出应力分析报告；
（2）根据应力分布规律选择进行强度校核的各截面位 置；压力容器部件关心的应力沿壁厚的分布规律及大 小，所以取通过应力最大值点沿最小壁厚方向的校核 线，如果其他方向上的应力水平更高则应补充校核；
MEM＋BEND 157.8L 157.9 PL+Pb +Q+F＝SⅤ
≤Sa
圆角过渡处分析结果：
路径 3-3 4-4 2-2 5-5
MEMBRANE 117.8 116.8 53.60 54.00 PL＝SⅡ
≤1.5KSm
MEM＋BEND 119.9 112.3 101.7 98.93
JB4732中提到：符号Pm 、 PL、Pb 、 Q和F不是只表示一个 量，而是表示σx 、 σy 、 σz 、 τxy 、 τyz 、 τzx一组共六个应 力分量。叠加是指每种分量各自分别叠加。
路径1-1应力分类结果：
路径 1-1
MEMBRANE 73.80 PL＝SⅡ
≤1.5KSm
MEM＋BEND 128.7
（JB4732采用第三强度理论）
0-0
1-1
校核线1-1：
校核线1-1通过球壳与筒体连接位置，方向沿壁厚方向。 此处由于结构连续可能会产生较大的应力强度。之后 对校核线的应力分布做等效线性化处理。
路径 1-1
MEMBRANE MEM＋BEND
73.80
128.7
PEAK 22.63
TOTAL 151.0
PL＋Pb＋Q＝SⅣ
PEAK 33.96 68.72 11.60 43.36
≤3Sm
TOTAL 152.5 167.8 110.4 118.9 PL+Pb +Q+F＝
SⅤ ≤Sa
结论：应力 校核满足要 求，设计合 理。
路径4-4
路径5-5
三、参考文献
[1]JB4732 钢制压力容器-分析设计标准[S]. [2]JB4732 钢制压力容器-分析设计标准释义[S]. [3]龚曙光.ANSYS在应力分析设计中的应用[J].化工装备
JB4732钢制压力容器分析设计 应力分类过程简介
一、JB4732应力分类简介：
应力分类的依据: 对容器强度失效所起作用的大小
判断的依据:
(1) 应力的作用区域和分布形式
(2) 应力产生的原因
(3)对失效的影响
主要的应力形式: 一次应力, 二次应力, 峰值应力
（一）一次应力 P
——平衡外加机械载荷所必须的应力 基本特征：非自限性
一次总体薄膜应力Pm 容器总体范围内存在
一次弯曲应力Pb 沿壁厚成线性分布的应力 一次局部薄膜应力PL
在结构不连续区产生的薄膜应力
(二）二次应力 Q
——相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的 正应力或切应力
基本特征：自限性 ① 总体结构不连续处的弯曲应力 ② 总体热应力
（三）峰值应力 F
——由局部结构不连续和局部热应力的影响而叠 加到一次加二次应力之上的应力增量
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应力强度限制 :
（1）一次总体薄膜应力强度S1 限制条件：S1≤KSm K----载荷组合系数， K=1.0~1.25
（2）一次局部薄膜应力强度SⅡ 限制条件：SⅡ ≤1.5KSm
（3）一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力强度SⅢ 限制条件：S Ⅲ ≤1.5KSm
（4）一次加二次应力强度SⅣ 限制条件：S Ⅳ ≤3Sm
应力强度计算 :
应力强度: 该点最大主应力与最小主应力之差
五类基本的应力强度: S S S S I , II , III , IV 和 S V
(1) 一次总体薄膜应力强度 SⅠ (2) 一次局部薄膜应力强度 SⅡ (3) 一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应（PL+Pb）
强度 SⅢ (4) 一次加二次应力（ PL+Pb +Q）强度 SⅣ (5) 峰值应力强度 SⅤ（由PL+Pb +Q+F算得）