在两壳体连接边缘处切开后,自由边界上受到的边缘力和边缘力矩作用时的有力矩理论的解,求得的应力称二次应力。它是由于相邻部分材料的约束或结构自身约束所产生的应力,有自限性,因此,它超过材料屈服点时就产生局部屈服或较小的变形,连接边缘处壳体不同的变形就可协调,从而得到一个较有利的应力分布结果。将上述两种解叠加后就可以得到保持组合壳总体结构连续的最终解,而总应力由上述一次薄膜应力和二次应力叠加而成。现以图所示一半球壳与圆柱壳连接的组合壳为例说明。
在内压作用下的半球壳和圆柱壳连接边缘处沿平行圆切开,两壳体各自的
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薄膜变形如图(b)所示。显然,两壳体平行圆径向位移不相等,ω1p≠ω2p,但两壳体实际是连成一体的连续结构,因此两壳体的连接处将产生边缘力。根据变形的连续性条件:ω1=ω2 ,φ1=φ2
???1??1p1QM??2??2??2??P2PQM?P1??Q1??M1??Q2??M2
圆柱壳受边缘力和边缘力矩作用的弯曲解
圆柱壳的边缘上,受到沿圆周均匀分布的边缘力Q0和边缘力矩M0的作用。轴对称加载的圆柱壳有力矩理论基本微分方程为
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不连续应力的特性
不同结构组合壳,在连接边缘处,有不同的边缘应力,有的边缘效应显著,其应力可达到很大的数值,但它们都有一个共同特性,即影响范围很小,这些
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应力只存在于连接处附近的局部区域。例如,受边缘力和力矩作用的圆柱壳,随着离边缘距离x的增加,各内力呈指数函数迅速衰减以至消失,这种性质称为不连续应力的局部性。当x=π/β时,圆柱壳中产生的纵向弯矩的绝对值为
M?e??xx???M0?0.043M0
其纵向弯矩已衰减掉95.7%;若离边缘的距离大于π/β,则应力更小 。
x????4?Rt2?2.5Rt3(1??)
在多数情况下,2.5(R t)0.5与壳体半径R相比是一个很小的数字,这说明边缘应力具有很大的局部性。
不连续应力的另一个特性是自限性。不连续应力是由于毗邻壳体,在连接处的薄膜变形不相等,两壳体连接边缘的变形受到弹性约束所致,因此对于用塑性材料制造的壳体,当连接边缘的局部区产生塑性变形,这种弹性约束就开始缓解,变形不会连续发展,不连续应力也自动限制,这种性质称为不连续应力的自限性。
由于不连续应力具有局部性和自限性两种特性,对于受静载荷作用的塑性材料壳体,在设计中一般不作具体计算,仅采取结构上作局部处理的办法,以限制其应力水平。但对于脆性材料制造的壳体、经受疲劳载荷或低温的壳体等,因对过高的不连续应力十分敏感,可能导致壳体的疲劳失效或脆性破坏,因而在设计中应按有关规定计算并限制不连续应力。
本节重点:
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(1) 压力容器的分类;
(2) 压力容器制造工艺对钢材性能的影响; (3) 压力容器用钢的基本要求; (4) 第一、二曲率半径的计算; (5) 微元平衡方程; (6) 区域平衡方程;
(7) 椭圆、碟形封头中应力的计算及分布情况; (8) 回转薄壳的不连续应力的两个特点。
补充作业:
1.试求图所示的回转薄壳上A主曲率半径R1和R2
2.现有一离心机转鼓,用来
悬浮料液,物料的密度
?=1500kg/m3,转鼓的直径D=800mm,壁厚t=8mm,高度H=700mm,材料为碳钢,其弹性模量E×l05MPa,当以1500r/min回转时,的自由表面可近似视为与壁面平
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的
沉降
=2.l液体行,
点