第四章 压力容器设计4.4-4.6.pptVIP

过程设备设计 4.5.2 低循环疲劳曲线 循环次数N/次 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 2 10 3 10 4 10 5 应力幅 Sa/MPa 试验曲线 计算曲线 设计曲线 图4-64 低循环疲劳曲线 4.5.2 低循环疲劳曲线 过程设备设计 2、平均应力对疲劳寿命的影响 压力容器承受的主要载荷 (脉动循环载荷): Goodman 方程: （4-97） E a s s s b s m s O B D A 1 - s C ss 图 4-65 平均应力的影响: Goodman 直线 过程设备设计 4.5.2 低循环疲劳曲线 3、平均应力调整及当量交变应力幅的求法 平均应力不等于0的 交变应力幅sa 平均应力等于0的交变应力幅sa (1) （4-98） 过程设备设计 4.5.2 低循环疲劳曲线 s s s b s a F F E O B D F C F eq s s s F m E m F m s s s E a E eq F a E s s s 图4-66 平均应力的调整 过程设备设计 4.5.2 低循环疲劳曲线 (2) （4-99） 过程设备设计 4.5.2 低循环疲劳曲线 s m ax = s m + s a a s m s s s - = P C B A s ’ a s ’ a e s O s s 2 s s 图4-67 s s s s s 2 max 时应力应变关系 过程设备设计 4.5.2 低循环疲劳曲线 s s max = s m + s a 0 = m s P F F E C D B A s ’ a s ’ a e O s s - 2 s s s s 图4-68 当 σa+σm≥2σs时应力应变关系 过程设备设计 4.5.2 低循环疲劳曲线 (3) ，不需要调整 . 4、低循环疲劳曲线的修正 （4-100） 过程设备设计 4.5.2 低循环疲劳曲线 10 4 应力幅 S a /MPa 10 2 10 3 10 5 10 6 10 10 5 10 4 10 3 10 2 循环次数N/次 平均应力=0 经最大平均应力 修正后 图4 - 69 经平均应力修正后的疲劳曲线 过程设备设计 4.5.3 压力容器的疲劳设计 4.5.3 压力容器的疲劳设计 (1) 压力容器的疲劳设计 压力容器疲劳设计应在一次应力强度和一次加二次应力强度满足限制条件的前提下进行，其基础是应力分析。目前，疲劳设计方法主要有三种，即基于试验的疲劳设计、以断裂力学为基础的疲劳设计和采用设计疲劳曲线的疲劳设计。 a.基于试验的疲劳设计 所设计的压力容器的应力循环次数应小于疲劳试验得到的循环次数，试验用容器和所设计的容器应一致。此设计成本高，一般用于方案设计，以及在腐蚀、高温等特种条件下使用的压力容器疲劳设计。 过程设备设计 4.5.3 压力容器的疲劳设计 b.以断裂力学为基础的疲劳设计 假设初始裂纹尺寸，根据断裂模型确定最终裂纹尺寸，再利用合适的裂纹扩展速率计算公式，推算出断裂发生时的循环次数，要求计算出的循环次数大于压力容器所需要的循环次数。该方法已列入ASME Ⅷ-3，用于超高压容器设计。 过程设备设计 4.5.3 压力容器的疲劳设计 c. 采用设计疲劳曲线的疲劳设计 设计疲劳曲线有两类。一类是以应力范围σR定义的疲劳强度，设计疲劳曲线为应力范围和应力循环次数的关系曲线，即σR-N曲线，见教材图4-70。另一类是以应力幅Sa定义的疲劳强度，设计疲劳曲线为应力幅和应力循环次数的关系曲线，即Sa -N曲线。JB4732、 ASME Ⅷ-2等规范标准均采用Sa -N曲线。 过程设备设计 4.5.3 压力容器的疲劳设计 ① 交变应力幅的确定 先通过应力分析确定与时间相对应的各应力分量 ，再计算各主应力及主应力差，然后确定在整个应力循环中各主应力差的最大波动范围，其中绝对值最大的波动范围的一半即为交变应力幅 。 采用Sa -N曲线的疲劳设计主要包括确定交变应力幅、根据交变应力幅由疲劳设计曲线确定允许循环次数、疲劳强度校核等。 过程设备设计 4.5.3 压力容器的疲劳设计 ② 用设计疲劳曲线计算允许的循环次数 JB