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局部应力及分析方法
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压力容器由于局部结构不连续和(或)局部载荷作用,会在局部区域产生所谓的局部应力。这种应力的特点是,作用范围很小,局部点的应力数值很大(可 达到基本应力的数倍)。这种现象也称应力集中。局部应力的相对大小,常用应力集中系数a(最大应力与基本应力之比)表示,它反应了局部区域内应力集中的程度。
局部应力对压力容器强度的影响,主要取决于材料性能和载荷形式。局部应力是由局部弹性变形不连续引起的,如果材料塑性很好,一旦该处材料进入屈服状态,则弹性变形约束 就会缓解,该处的应力水平就会自动限制在材料屈服点附近,而将其余的载荷“转移”给尚 处在弹性状态的区域。
如果所承受的是恒定载荷,或在循环载荷作用下结构处于安定状态 (即经过几次载荷循环后,结构不再产生新的塑性变形),则这种应力对塑性较好的容器的 强度影响很小。如果所承受的循环载荷使结构处于不安定状态,或载荷的循环很频繁(高周 循环),局部应力集中处就可能产生疲劳裂纹,该疲劳裂纹可能会在循环载荷作用下不断扩展,导致容器疲劳失效。
局部应力的分析比较复杂,很难甚至无法用解析方法进行求解,目前主要借助于数值计算(例如有限元法等)和实验(例如电侧法等)两种方法,进行分析。通常将数值计算或实验测得的结果,以应力集中系数的形式表达成图表,供设计者使用。也有一些大型商用软件
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