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薄壁压力容器边缘应力的特性

2020-10-1239540

压力容器壳体中的薄膜应力满足了壳体受载的平衡条件,而边缘应力则是为了满足变形连续要求而产生的。正因为如此,边缘应力具有如下两个特性。

1.局部性

边缘应力虽然可能达到相当大的数值,但它的作用范围不大,与v丽为同一量级,这里R是壳体半径,δ是壳体壁厚。并且这种应力还将随着离边界距离的增大而迅速衰减衰减中应力符号会作反复变化。如圆筒与平板封头连接处的边缘应力,根据有力矩理论计算,在离开连接边缘2.5Rδ处,边缘应力较连接处衰减了95. 7%。这就意味着一个直径1000mm,壁厚10mm的圆筒,当离开连接处约180mm时。边缘效应的影响就几乎不存在了。而2.5Rδ这个数位与圆筒长度相比,一般来说都是很小的,所以边缘应力具有局部性,而且当壳体直径小,壁薄时,边缘应力的局部性更加明显。


2.自限性

从根本上说压力容器发生边缘弯曲的原因是由于薄膜变形(弹性变形)不连续。当边缘两侧的弹性变形相互受到约束,则必然产生边缘力和边缘力矩,从而产生边缘应力。当边缘应力超过材料的屈服极限时,它总是首先使那些高应力点产生塑性变形,而一旦这部分材料屈服后,应力值就不再升高,停留在屈服极限,而靠增大局部塑性区的范围来继续承担边缘应力,在此过程中,上述那些弹性约束就开始缓解,使之原来不同的薄膜变形也趋于协调,结果边缘应力便会自动限制在一定范围内。此时,局部塑性区被其周围的弹性变形区所包围,所以不致发生整体性的塑性流动而造成壳体破裂。除非由于边缘应力过大,边界处的全部材料均发生塑性流动,壳体才会失效。边缘应力的这种性质称为自限性,一般而言,凡是局部性的应力,材料又为塑性材料,都有这种自限性。

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