第七章压力容器中的薄膜应力、弯曲应力与二次应力

第七章压力容器中的薄膜应力、弯曲应力与二次应力

章小结

本章介绍了容器承压时器壁内存在的三种性质不同的应力，即一次薄膜应力，一次弯曲应力和边界应力。这三种应力在容器的强度计算中将不同程度的涉及。其中一次薄膜应力是最基本的，在下一章中容器强度计算的讨论基本上是以薄膜应力为基础展开的，所以在三种应力中，薄膜应力是必须掌握的重点。一次弯曲应力虽然也是十分重要的，但是在压力容器中以弯曲为主的受压元件较少，所以从强度计算的数量来说远少于薄膜应力。二次应力由于它的产生原因不同于一次应力，而且又是考虑容器强度问题时不能回避的应力，所以对于二次应力的产生原因、性质特点、限制条件我们都作了定性的分析讨论。通过这种讨论应该了解在什么情况下以及为什么可以不考虑二次应力而在另外一些情况下又为什么必须考虑二次应力。有了这个基础，才能够理解下一章将要讨论的压力容器强度计算与结构设计中对一些问题的处理。

7.1 回转壳体中的薄膜应力

1.容器是化工生产所用各种设备外部壳体的总称。

2.容器一般是由筒体、封头、法兰、支座、接管及人孔等元件构成。筒体和封头是容器的主体。

3.压力容器壳体除平板形封头外都是回转壳体。

4.以任何直线或平面曲线为母线，绕其同平面曲线为母线，绕其同平面内的轴线旋转一周后形成的曲面，称为回转曲面。

5.过球形壳体上任何一点和球心，不论从任何方向将球形壳体截开两半，都不可以利用受力平衡条件求得截面上的薄膜应力为σ=pD/4δ。

6.与圆筒形壳体相比，球形壳体上的薄膜应力只有圆筒形壳体上最大薄膜应力值得一半。

7.圆锥形壳体中间面的母线虽然也是直线，但它不是平行于回转轴，而是与回转轴相交，其交角称为圆锥形壳体的半锥角。正是由于这个缘故，圆锥形壳体中面上沿其母线上各点的回转半径不相等。因此，圆锥形壳体上的薄膜应力从大端到小端是不一样的。

7.2边界区内二次应力

1.筒体与封头在连接处所出现的这种自由变形的不一致，必然导致在这个局部的边界地区产生相互约束的附加内力，即边界应力。

2.不同形状的封头与筒体连接，由于二者间的相互限制程度不同，所以产生的边界应力大小也不同。

3.施加的限制增大到使应力达到材料的屈服限，致使相互限制的器壁金属发生局部的塑性变形，那么相互的限制将出现缓解，相互限制所引起的应力也会自动的停止增长。

4.二次应力的自限性是以材料具有良好塑性为前提。

5.一般来说，边界应力最大值出现在两种几何形状壳体的连接处，离开连接处，边界应力会迅速衰减。

6.边界应力并不仅仅存在于两个几何形状不同的壳体的结合部位，而且有时也出现在单个回转壳体上。

7.对于母线为组合曲线的回转壳体，当它承受内压时，在壳壁内除了产生一次薄膜应力外，还会产生二次应力。