北京化工大学：《过程设备设计》课程教学资源（课件讲稿）第二章 压力容器应力分析 STRESS ANALYSIS OF PRESSURE VESSELS 2.6 典型局部应力

2.6典型局部应力 过程设备设计 主要内容 2.6.1概述 2.6.2受内压壳体与接管连接处的局部应力 2.6.3降低局部应力的措施

过程设备设计 2.6.1 概述 2.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力 主要内容 2.6 典型局部应力 2 2.6.3 降低局部应力的措施

2.6典型局部应力 过程设备设计 2.6典型局部应力 教学重点： 受内压壳体与接管连接处的 局部应力。 教学难点： 应力集中系数法

过程设备设计 教学重点： 受内压壳体与接管连接处的 局部应力。 2.6 典型局部应力 2.6 典型局部应力 3 教学难点： 应力集中系数法

2.6典型局部应力 过程设备设计 2.6.1概述 局部载荷 设备的自重、 物料的重量、 1.局部应力的产生 管道及附件的重量、 支座的约束反力、 温度变化引起的载荷等 附加应力 在压力作用下，压力容器 材料或结构不连续处，在 局部区域产生的附加应力， 如截面尺寸、几何形状突 变的区域、两种不同材料 的连接处等

过程设备设计 2.6.1 概述 1. 局部应力的产生 局部载荷 设备的自重、 物料的重量、 管道及附件的重量、 支座的约束反力、 温度变化引起的载荷等 2.6 典型局部应力 4 温度变化引起的载荷等 在压力作用下，压力容器 材料或结构不连续处，在 局部区域产生的附加应力， 如截面尺寸、几何形状突 变的区域、两种不同材料 、两种不同材料 的连接处等 附加应力

2.6典型局部应力 过程设备设计 2.6.1概述（续） 材料韧性 2.局部应力的危害性与 大小 有关 载荷形式 载荷作用处的 局部结构形状 和尺寸 危害性 过大的局部应力使结构处于不安定状态， 在交变载荷下，易产生裂纹，可能导致 疲劳失效

过程设备设计 2. 局部应力的危害性与 材料韧性 载荷形式 大小 载荷作用处的 局部结构形状 和尺寸 有关 2.6.1 概述（续） 2.6 典型局部应力 5 危害性 过大的局部应力使结构处于不安定状态， 在交变载荷下，易产生裂纹，可能导致 疲劳失效

2.6典型局部应力 过程设备设计 2.6.2受内压壳体与接管连接处的局部应力 由于几何形状及尺寸的突变，受内压壳体与接管连接处附 近的局部范围内会产生较高的不连续应力。 薄膜解 理论分析方法 弯曲解 应力集中系数法 数值解法 工程常用方法 实验测试法 经验公式 6

过程设备设计 2.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力 由于几何形状及尺寸的突变，受内压壳体与接管连接处附 ，受内压壳体与接管连接处附 近的局部范围内会产生较高的不连续应力。 理论分析方法 薄膜解 弯曲解 2.6 典型局部应力 6 工程常用方法 应力集中系数法 数值解法 实验测试法 经验公式 弯曲解

2.6典型局部应力 过程设备设计 2.6.2受内压壳体与接管连接处的局部应力（续） 一、应力集中系数法 max 1.应力集中系数法 k Omax 受内压壳体与接管连接处的最大弹性应力 。—该壳体不开孔时的环向薄膜应力 通过应力集中系数曲线图查K,既而得到最大应力 7

过程设备设计 一、应力集中系数法 、应力集中系数法 、应力集中系数法 、应力集中系数法 应力集中系数法 应力集中系数法 应力集中系数法 应力集中系数法 1. 应力集中系数法 σ θ σ max kt = σ ——受内压壳体与接管连接处的最大弹性应力 2.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力（续） 2.6 典型局部应力 7 σmax——受内压壳体与接管连接处的最大弹性应力 σ θ ——该壳体不开孔时的环向薄膜应力 通过应力集中系数曲线图查Kt，既而得到最大应力 ，既而得到最大应力

2.6典型局部应力 过程设备设计 2.6.2受内压壳体与接管连接处的局部应力（续） 12 10 t/T=0 应该是 内平齐 8 0.25z 0.5 6 应力集 4 中系数 1.0 2 0.01 1.10 1.0 10 开孔系数 o-JRT 图2-46球壳带平齐式接管的应力集中系数曲线

过程设备设计 2.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力（续） 2.6 典型局部应力 应该是 内平齐 8 r R T ρ = 图2-46 球壳带平齐式接管的应力集中系数曲线 开孔系数 应力集 中系数

2.6典型局部应力 过程设备设计 2.6.2受内压壳体与接管连接处的局部应力（续） 12 10 /T=0 8 西 0.25 应力集 6 0.5 中系数 4 1 2 0.01 0.1 1.0 10 开孔系数 0 √/RT 图2-47球壳带内伸式接管的应力集中系数曲线

过程设备设计 2.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力（续） 2.6 典型局部应力 应力集 9 图2-47 球壳带内伸式接管的应力集中系数曲线 中系数 开孔系数

2.6典型局部应力 过程设备设计 2.6.2受内压壳体与接管连接处的局部应力（续） 1 10 9 0 t/T=0.0 8 7 t/T=0.5 6 5 t/T-0.8 =1.0 4 应 /T=1.4 3 力集中系数 2 1 0.1 0.2 0.30.40.61.0 2.0 3.04.05.0 0.5 0.8 开孔系数 r √RT 图2-48圆柱壳开孔接管的应力集中系数曲线

过程设备设计 2.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力（续） 2.6 典型局部应力 10 图2-48 圆柱壳开孔接管的应力集中系数曲线 应 力 集 中 系 数 开孔系数

2.6典型局部应力 过程设备设计 2.6.2受内压壳体与接管连接处的局部应力（续） 图中 p= 是开孔系数，r接管平均半径， RT R壳体平均半径， T壳体壁厚 RT 为边缘效应的衰减长度。 故开孔系数P表示开孔大小和壳体局部应力 衰减长度的比值 11

过程设备设计 RT r 图中 ρ = 是开孔系数，r 接管平均半径， R壳体平均半径， T壳体壁厚 2.6 典型局部应力 2.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力（续） 11 RT 为边缘效应的衰减长度。 故开孔系数 表示开孔大小和壳体局部应力 衰减长度的比值 ρ