§8-3____边缘应力及其特点

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
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
2
一、边缘应力的产生
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
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
3

内压力不但在圆筒筒壁的纵向截面上引起周向拉应力σθ，而 且还会引起周向弯曲应力kσθ
（边界应力）
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
7

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，哪里就有边缘应力 限制越大，边缘应力越大
源自文库

产生边缘应力的若干情况
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点

有力矩理论解出弯曲应力与薄膜应力叠加
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
6

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

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
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
14
三、控制边缘应力结构上应采取的措施

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
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
15
三、控制边缘应力结构上应采取的措施

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
8

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）
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
9

圆筒上装有法兰、加强圈、管板等刚性较大的元件
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
10

不同厚度、不同材料的筒节相联接
2010.9——2011.2
K
0.467 p

K
pR / K 0.467 R σ 可以忽略不计
θ
薄膜应力理论在远离联接边缘区时，有相当高的准确性
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
4

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
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
5

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 σφ，还存在经向弯曲应力Mσφ

筒体与平板封头联接边缘
pR M 1.54
M

Mσφ不能忽略
pR 2
M
3.08
1.54
联接边缘处的应力求解应用有力矩理论

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部加强段或加强圈 为进一步改善材料的塑性，可采用适当的热处理
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
16
第八章 内压薄壁容器的应力理论
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
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
1
§8.3 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
8.3 边缘应力及其特点
11

壳体上相邻部分所受的压力或温度有突变
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
12
二、边缘应力的特性

局部性
Z 2.5 R 衰减95.7%

自限性（材料屈服、范围局部性）
2010.9——2011.2
8.3 边缘应力及其特点
13
二、边缘应力的特性

边缘应力是与薄膜应力性质不同的一种应力