核安全一級承壓部件強(qiáng)度的理論基礎(chǔ)

1、2024年3月28日星期四,第三章 反應(yīng)堆壓力容器設(shè)計(jì)的理論、方法,2024年3月28日星期四,第三章,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范準(zhǔn)則第二節(jié) 反應(yīng)堆壓力容器的載荷與壓力容器的破壞形式第三節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)中常用的強(qiáng)度理論第四節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)中常用的薄膜理論第五節(jié) 內(nèi)壓容器的壁厚計(jì)算第六節(jié) 殼體彎曲理論與邊緣問題第七節(jié) 熱應(yīng)力概述第八節(jié) 壓力容器的應(yīng)力分類與應(yīng)力強(qiáng)度第九節(jié) 壓力容器的設(shè)計(jì)方法第十節(jié) 反應(yīng)

2、堆壓力容器的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)步驟,返回,結(jié)束放映,2024年3月28日星期四,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范,壓力容器設(shè)計(jì)中所用的“設(shè)計(jì)”一詞，不僅意味著對構(gòu)件幾何尺寸作詳細(xì)的計(jì)算，而是一個應(yīng)與下列各點(diǎn)相結(jié)合的術(shù)語：即確定最可能的破壞形式的論證；所使用的應(yīng)力分析方法及其結(jié)果的含義；材料類型的選擇和它所處的環(huán)境特性等。這些理論和概念都受特定的設(shè)計(jì)規(guī)范或設(shè)計(jì)準(zhǔn)則所制約。因此，有必要了解壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范。一、國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼制壓力容器》ＧＢ１５０簡介

3、二、美國ＡＳＭＥ鍋爐及壓力容器規(guī)范簡介三、法國的ＲＣＣ－Ｍ規(guī)則簡介四、壓水堆核電廠反應(yīng)堆壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,返回,2024年3月28日星期四,一、國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼制壓力容器》ＧＢ１５０簡介,國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼制壓力容器》是由全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會在國家技術(shù)監(jiān)督局指導(dǎo)下制訂的。其內(nèi)容包括壓力容器板、殼元件的設(shè)計(jì)計(jì)算；壓力容器的制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收。共有十章，包括總論、材料、內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球殼設(shè)計(jì)、外壓圓筒和外壓球殼設(shè)計(jì)、封頭設(shè)計(jì)、法蘭設(shè)計(jì)、臥

4、式容器設(shè)計(jì)、直立容器設(shè)計(jì)，制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收的具體要求等。這些內(nèi)容可以用于設(shè)計(jì)壓力≤35ＭＰa 的常規(guī)壓力容器和核電廠內(nèi)不受核輻射作用的壓力容器，但是不適用于受核輻射作用和壓力＞３５ＭＰa 的壓力容器設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)受核輻射作用的壓力容器，必須借用外國的有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，如國際公認(rèn)規(guī)范━美國ＡＳＭＥ鍋爐及壓力容器規(guī)范。,返回,2024年3月28日星期四,二、美國ＡＳＭＥ鍋爐及壓力容器規(guī)范簡介,ＡＳＭＥ是美國機(jī)械工程師學(xué)會（Ａmerican

5、Society of Mechanical Engineers)英文縮寫。 ＡＳＭＥ鍋爐及壓力容器規(guī)范是國際公認(rèn)規(guī)范。1995年版本共有Ⅺ卷，第Ⅲ卷為核動力裝置設(shè)備建造準(zhǔn)則。第三卷中有兩冊，其中 ＮＣＡ分卷為第一冊及第二冊的總要求。 第一冊為金屬部件，有６個分卷： ＮＢ分卷 一級設(shè)備； ＮＣ分卷 二級設(shè)備； ＮＤ分卷 三級設(shè)備； ＮＥ分卷 ＭＣ級設(shè)備； ＮＦ分卷 設(shè)

6、備支承件； ＮＧ分卷 堆芯支承結(jié)構(gòu)； 附錄。 第二冊為混凝土反應(yīng)堆容器及安全殼規(guī)范。,返回,2024年3月28日星期四,三、法國的ＲＣＣ－Ｍ規(guī)則簡介,法國核島設(shè)備設(shè)計(jì)建造規(guī)則協(xié)會（ＡＦＣＥＭ）編制的《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》。1993年修改和補(bǔ)充的版本是其第四版，中譯本共分５卷６冊（原版為５卷７冊）： 第Ⅰ卷 第一冊 Ａ篇 總論； Ｚ篇 技術(shù)性附錄。 第二冊 Ｂ

7、篇 １級設(shè)備； Ｃ篇 ２級設(shè)備； Ｄ篇 ３級設(shè)備。 第三冊 Ｅ篇 小型設(shè)備； Ｇ篇 反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件； Ｈ篇 支承件； Ｊ篇 低壓或常壓貯罐。 第Ⅱ卷 第四冊 Ｍ篇 材料（上）：碳鋼、合金鋼。 第五冊 Ｍ篇 材料（下）：不銹鋼、特殊合金及其它材料。 第Ⅲ～第Ⅴ卷 第六冊 ＭＣ篇 檢驗(yàn)方法； Ｓ篇 焊接；

8、Ｆ篇 制造,下一頁,2024年3月28日星期四,三、法國的ＲＣＣ－Ｍ規(guī)則簡介（2）,ＲＣＣ－Ｍ規(guī)則主要用于安全級機(jī)械設(shè)備。ＲＣＣ－Ｍ中所給出的設(shè)計(jì)規(guī)則主要借鑒了“ＡＳＭＥ鍋爐及壓力容器規(guī)范”第Ⅲ卷核動力裝置設(shè)備（ＮＢ、ＮＣ、ＮＤ、ＮＧ、ＮＦ）各篇的有關(guān)內(nèi)容，同時(shí)吸收了法國在工業(yè)發(fā)展實(shí)踐中所取得的成果。ＲＣＣ－Ｍ中所給出的制造與檢驗(yàn)規(guī)則系法國本身核工業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的具體體現(xiàn)。ＲＣＣ－Ｍ規(guī)則用于法國出口技術(shù)的承諾。,返回,2024年3月28日

9、星期四,四、壓水堆核電廠反應(yīng)堆壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,一、總的準(zhǔn)則二、載荷準(zhǔn)則三、結(jié)構(gòu)材料準(zhǔn)則四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,返回,2024年3月28日星期四,一、總的準(zhǔn)則,１．規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn) （１）反應(yīng)堆壓力容器是反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的重要組成部分，其設(shè)計(jì)、制造、安裝及試驗(yàn)應(yīng)符合ＨＡＦ0201規(guī)定的安全功能。按ＥＪ 313規(guī)定，其安全等級為一級、質(zhì)量要求為核級、設(shè)備等級為規(guī)范一級、抗震要求為抗震Ⅰ類。 （２）應(yīng)首先采用國家核安全局認(rèn)可的

10、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。 ２．質(zhì)量與記錄 （１）必須按ＨＡＦ0400及相關(guān)要求ＨＡＦ0406編制和執(zhí)行反應(yīng)堆壓力容器的質(zhì)量保證大綱和建立質(zhì)保體系，以確保反應(yīng)堆壓力容器達(dá)到預(yù)期的最高質(zhì)量。 （２）反應(yīng)堆壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、安裝及試驗(yàn)的相關(guān)記錄和（或）文件匯編必須滿足ＨＡＦ0402要求，并由核設(shè)施營運(yùn)單位在其整個壽期內(nèi)保存和管理。,下一頁,2024年3月28日星期四,一、總的準(zhǔn)則（2）,３．設(shè)計(jì)與性能（１）反應(yīng)

11、堆壓力容器的設(shè)計(jì)必須防止其發(fā)生破裂，并具有足夠的安全裕度，以保證在規(guī)定的各類運(yùn)行、維護(hù)、試驗(yàn)及受到事故工況下的系統(tǒng)動態(tài)載荷時(shí)，反應(yīng)堆壓力容器處于非脆性狀態(tài)且快速擴(kuò)展斷裂的概率最小。（２）反應(yīng)堆壓力容器設(shè)計(jì)必須考慮在規(guī)定的各類運(yùn)行、維護(hù)、試驗(yàn)及假想事故狀態(tài)下實(shí)際溫度及有關(guān)因素對其影響和作用。在確定材料性能、輻照對材料性能的影響、殘余、穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)應(yīng)力、缺限大小以及腐蝕等方面時(shí)，必須考慮不確定性，留有裕度。,下一頁,2024年3月28日星期

12、四,一、總的準(zhǔn)則（3）,４．檢查與監(jiān)測（１）反應(yīng)堆壓力容器應(yīng)設(shè)計(jì)成能允許定期檢查和試驗(yàn)，以評價(jià)其結(jié)構(gòu)和密封完整性。（２）應(yīng)為反應(yīng)堆壓力容器制定一份材料輻照監(jiān)督大綱及設(shè)置相應(yīng)的材料輻照監(jiān)督裝置（如材料輻照監(jiān)督盒），以監(jiān)測其材料參考溫度（ＲＴNDT）等的變化。（３）應(yīng)為反應(yīng)堆壓力容器設(shè)置反應(yīng)堆冷卻劑泄漏、水位等監(jiān)測儀表或裝置提供合適的構(gòu)件和接頭，特別應(yīng)為法蘭密封設(shè)置泄漏監(jiān)測、報(bào)警和排放系統(tǒng)。５．設(shè)計(jì)資格 反應(yīng)堆壓力容器設(shè)計(jì)資

13、格認(rèn)證應(yīng)按ＨＡＦ0900執(zhí)行。,返回,2024年3月28日星期四,二、載荷準(zhǔn)則,１．載荷 （１）反應(yīng)堆壓力容器的設(shè)計(jì)、分析和計(jì)算，必須考慮正常運(yùn)行、預(yù)計(jì)運(yùn)行事件，以及事故工況下的機(jī)械載荷、熱載荷、腐蝕、浸蝕及輻照等作用，并予以確定和進(jìn)行評價(jià)。 （２）機(jī)械載荷和熱載荷至少應(yīng)包括下列因素： １）由反應(yīng)堆冷卻劑產(chǎn)生的載荷因素，如壓力、壓差、溫度及其變化、流動、振動等。 ２）由反應(yīng)堆壓力容器自身及內(nèi)容物產(chǎn)生的載荷

14、，如反應(yīng)堆壓力容器、堆內(nèi)構(gòu)件、燃料組件等自重、預(yù)緊力等。 ３）由鄰近設(shè)備或部件產(chǎn)生的載荷因素，如由于熱澎脹壁厚受到約束或泵振動產(chǎn)生的管道作用、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)快插動作，以及堆內(nèi)構(gòu)件等的作用。 ４）由周圍環(huán)境及設(shè)備支承結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的載荷因素，如地震引起的反應(yīng)堆壓力容器相對的支承點(diǎn)位移及振動。,下一頁,2024年3月28日星期四,二、載荷準(zhǔn)則（2）,５）由γ等輻射產(chǎn)生的熱效應(yīng)，如反應(yīng)堆容器壁因吸收 輻射而產(chǎn)生的內(nèi)熱源。６）在反

15、應(yīng)堆容器堆芯附近區(qū)域，因快中子（≥１Ｍe Ｖ）輻照而產(chǎn)生的材料輻照脆化，應(yīng)予以特殊考慮。（３）由機(jī)械載荷和熱載荷產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變，均應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在結(jié)構(gòu)性能分析時(shí)予以確定并加以評價(jià)。２．載荷組合 載荷組合是指核電廠一回路正常、異常、緊急及事故工況中不同載荷組合或者與規(guī)定地震事件聯(lián)系在一起的那些載荷或者它們的組合。這些載荷因素來自正常、異常、緊急及事故工況各種事件瞬態(tài)及規(guī)定的地震大小。對每一種工況應(yīng)予評定的特定瞬態(tài)或事件應(yīng)在設(shè)計(jì)任

16、務(wù)書中規(guī)定。然而，通常應(yīng)予考慮的載荷組合只是核電廠一回路每種工況和規(guī)定地震事件中最不利的那些事件瞬態(tài)，因?yàn)橹挥羞@些載荷組合才能導(dǎo)致限制或控制反應(yīng)堆壓力容器的完整性。,返回,2024年3月28日星期四,三、結(jié)構(gòu)材料準(zhǔn)則,１．用于反應(yīng)堆壓力容器的材料通常應(yīng)為錳－鎳－鉬系列的細(xì)晶粒低合金鋼、奧氏體不銹鋼、鎳基合金及其制品，并參照ＧＢ／Ｔ15443 執(zhí)行。２．應(yīng)按材料預(yù)定的用途、運(yùn)行狀態(tài)承受的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、化學(xué)腐蝕及中子輻照損傷等使用條件

17、，以及制造工藝要求選擇結(jié)構(gòu)材料。３．對選用的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)根據(jù)使用條件及工藝要求對材料運(yùn)行評價(jià)。這種評價(jià)應(yīng)由主管部門組織進(jìn)行，并以文件形式提供評價(jià)或認(rèn)可的充分依據(jù)。若進(jìn)行焊接，則必須對焊接性能進(jìn)行評價(jià)和驗(yàn)證，并以文件形式對評價(jià)或認(rèn)可提供充分依據(jù)。４．采用在原評價(jià)中沒有考慮的新工藝時(shí)，則對這些新工藝與原評價(jià)中包含的工藝的等效性必須予以證實(shí)，這種證實(shí)應(yīng)由原主管部門或部門授權(quán)或認(rèn)可的組織或?qū)＜姨峁┑难a(bǔ)充評價(jià)文件為依據(jù)。,下一頁,2024年3月

18、28日星期四,三、結(jié)構(gòu)材料準(zhǔn)則（2）,５．焊接材料和焊接消耗品必須由主管部門組織評價(jià)，并以文件形式提供評價(jià)或認(rèn)可的充分依據(jù)。６．用于反應(yīng)堆容器堆芯段筒體的鐵素體低合金鋼材料的參考無塑性轉(zhuǎn)變溫度（ＲＴNDT）一般應(yīng)低于-１２℃，ＲＴNDT 按ＧＢ／Ｔ15443 附錄Ａ確定。７．對鐵素體低合金鋼材料的快中子輻照脆化敏感性，當(dāng)沒有足夠的快中子輻照脆化效應(yīng)的輻照數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)按附錄A（補(bǔ)充件）進(jìn)行預(yù)測和限制。,返回,2024年3月28日星期四,

19、四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,１．總則 反應(yīng)堆壓力容器除應(yīng)滿足功能要求外，其結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足規(guī)定的應(yīng)力及變形，選材、制造和試驗(yàn)合理，檢驗(yàn)、維護(hù)方便。２．連接結(jié)構(gòu)要素 （１）各構(gòu)件的連接應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成在縱向截面上有相同厚度和曲率的同軸旋轉(zhuǎn)殼體連接。 （２）對構(gòu)件的不等厚連接應(yīng)使兩構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)軸線重合，或中面無突變或彎折過渡。 （３）不等厚構(gòu)件的連接應(yīng)采用適當(dāng)?shù)男倍然驁A角半徑過渡，以使兩構(gòu)件變形協(xié)調(diào)。,下一頁,2024年3月28日星期四,四、結(jié)構(gòu)設(shè)

20、計(jì)準(zhǔn)則（2）,３．連接焊接（１）盡可能大型構(gòu)件以減少焊縫。（２）壓力邊界承壓焊縫應(yīng)為全焊透焊縫。（３）焊縫應(yīng)盡量避開高應(yīng)力區(qū)和快中子強(qiáng)輻照區(qū)，并有足夠的距離。（４）在確定焊縫位置與各構(gòu)件空間位置相互關(guān)系時(shí)，應(yīng)保證施焊方便和檢驗(yàn)的可達(dá)性及可檢驗(yàn)性。４．冷卻劑接管連接結(jié)構(gòu)（１）接管的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)符合采用的法規(guī)或設(shè)計(jì)規(guī)格書規(guī)定，它的幾何尺寸（橫截面形狀、過渡半徑）應(yīng)使應(yīng)力的分布與大小合理。（２）接管軸線應(yīng)垂直或盡可能垂直殼體壁厚中

21、面，偏差應(yīng)盡可能小。（３）接管的布置不應(yīng)位于有其它局部峰值應(yīng)力的過渡區(qū)內(nèi)。（４）接管與殼體的連接應(yīng)采用全焊透焊縫連接，并滿足無損檢驗(yàn)規(guī)定要求。,下一頁,2024年3月28日星期四,四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（3）,５．控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)管座等連接結(jié)構(gòu)（１）可采用冷裝過盈配合或螺紋連接，并應(yīng)滿足規(guī)定的載荷和驅(qū)動線對中要求。（２）在采用冷裝過盈配合或螺紋連接時(shí)應(yīng)附加一道密封焊縫。（３）其布置、數(shù)量及尺寸應(yīng)滿足堆物理、熱工、結(jié)構(gòu)與工藝性要求。６

22、．法蘭－螺栓連接結(jié)構(gòu)（１）法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其應(yīng)使上下法蘭的剛度匹配，盡可能減少密封元件處的軸向分離量及徑向相對位移，以保證密封性要求。（２）在確定螺栓布置、數(shù)量和大小時(shí)應(yīng)使密封力分布均勻、裝拆及重復(fù)檢驗(yàn)方便。（３）在設(shè)計(jì)螺栓大小時(shí)，應(yīng)將其作為承壓法蘭的傳力連接件，將螺栓設(shè)計(jì)成彈性螺栓。,下一頁,2024年3月28日星期四,四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（4）,（４）密封元件的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到密封元件材料與法蘭密封面及一回路冷卻劑的化學(xué)相容性、密封性能

23、的穩(wěn)定性及密封元件的裝拆方便。（５）密封面應(yīng)根據(jù)密封性、裝拆及檢驗(yàn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。（６）法蘭－螺栓連接設(shè)計(jì)應(yīng)考慮一旦發(fā)生泄漏時(shí)的探測和排漏要求。７．支承結(jié)構(gòu)（１）可以采用接管、容器法蘭及焊接到容器上的單支承結(jié)構(gòu)（如耳式支座、接管整體支承），亦可以采用旋轉(zhuǎn)對稱支承結(jié)構(gòu)（如支承圓筒）作為反應(yīng)堆壓力容器支承結(jié)構(gòu)。（２）支承結(jié)構(gòu)與容器的焊接應(yīng)采用全焊透焊縫。,下一頁,2024年3月28日星期四,四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（5）,８．導(dǎo)向定位結(jié)構(gòu)

24、 （１）安裝反應(yīng)堆壓力容器的頂蓋時(shí)應(yīng)有導(dǎo)向及就位后的精確定位結(jié)構(gòu)，其構(gòu)件裝拆時(shí)應(yīng)不損傷其它構(gòu)件，便于裝配及調(diào)整，以滿足規(guī)定的頂蓋與反應(yīng)堆容器的同軸度要求。 （２）反應(yīng)堆壓力容器堆內(nèi)構(gòu)件的支承和定位結(jié)構(gòu)，允許堆內(nèi)構(gòu)件相對軸向和徑向位移，便于裝配和調(diào)整，以滿足規(guī)定的堆內(nèi)構(gòu)件與反應(yīng)堆容器的同軸度要求。,返回,2024年3月28日星期四,第二節(jié) 反應(yīng)堆壓力容器的載荷與其破壞形式,在設(shè)計(jì)反應(yīng)堆壓力容器之前，除了學(xué)習(xí)其設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)

25、準(zhǔn)則之外，還必須了解其所承受的各種載荷和其破壞形式。一、反應(yīng)堆壓力容器的載荷二、壓力容器破壞形式,返回,2024年3月28日星期四,一、反應(yīng)堆壓力容器的載荷,１．設(shè)計(jì)載荷《ＡＳＭＥ規(guī)范》第Ⅲ卷規(guī)定，反應(yīng)堆壓力容器屬于安全一級設(shè)備，它的設(shè)計(jì)載荷應(yīng)該按照設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)機(jī)械載荷以及規(guī)范中的某些附加要求來確定。（１）設(shè)計(jì)壓力（２）設(shè)計(jì)溫度（３）設(shè)計(jì)機(jī)械載荷２．使用載荷３．試驗(yàn)載荷,返回,2024年3月28日星期四,（１

26、）設(shè)計(jì)壓力,設(shè)計(jì)壓力系指在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下用以確定壓力容器不同部位（如筒體、封頭等）的最小壁厚的壓力。規(guī)范指出，容器內(nèi)部和外部的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不小于產(chǎn)品內(nèi)部和外部的最大壓差，或者不小于一個組合設(shè)備的任何兩個腔室的最大壓差。這種壓差是存在于A級使用限制（對所有A級使用載荷都適用的一組極限值）所適用的最嚴(yán)重的載荷之下。設(shè)計(jì)壓力還應(yīng)包括允許的壓力波動在內(nèi)的核反應(yīng)堆最高正常運(yùn)行壓力。一般情況下，設(shè)計(jì)壓力取略高于容器的最高工作壓力。所謂最高工作壓力是

27、指容器在工作中可能產(chǎn)生的最高表壓力。考慮到安全裝置泄壓滯后和誤差，設(shè)計(jì)壓力ps（ＭＰa ）為最高工作壓力的1.1～1.25倍。對于裝有液體的容器，計(jì)算各部分壁厚時(shí)，應(yīng)將上述設(shè)計(jì)壓力再加上容器在該截面處所受到的液柱靜壓力。,返回,2024年3月28日星期四,（２）設(shè)計(jì)溫度,設(shè)計(jì)溫度系指反應(yīng)堆壓力容器操作與運(yùn)行過程中，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力下，器壁金屬可能達(dá)到的最高溫度或最低溫度（只在≤－２０℃才考慮最低溫度）。當(dāng)容器各部位在運(yùn)行過程中，可能產(chǎn)

28、生不同的溫度時(shí)，可取預(yù)計(jì)的不同溫度作為各相應(yīng)部分的設(shè)計(jì)溫度。設(shè)計(jì)溫度不同，材料的許用應(yīng)力不同，設(shè)計(jì)壁厚也不同。,返回,2024年3月28日星期四,（３）設(shè)計(jì)機(jī)械載荷,設(shè)計(jì)機(jī)械載荷是A級使用極限規(guī)定的綜合作用的組合載荷。它包括內(nèi)壓、螺栓力、彈簧力、接管載荷、設(shè)備及其內(nèi)容物的靜重以及控制棒正常升降時(shí)等因素引起的載荷?？傊?，設(shè)計(jì)載荷是反應(yīng)堆壓力容器設(shè)計(jì)中的最主要載荷，其中又以設(shè)計(jì)壓力為最重要。,返回,2024年3月28日星期四,２．使用載荷

29、,使用載荷即運(yùn)行載荷。運(yùn)行載荷主要是指反應(yīng)堆內(nèi)冷卻劑的壓力及其變化，冷卻劑的溫度及其變化所產(chǎn)生的載荷；冷卻劑流動引起的振動、泵閥傳遞的機(jī)械振動，堆芯斷裂跌落時(shí)對反應(yīng)堆容器底封頭施加的沖擊載荷；由于熱膨脹、熱的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)所引起的載荷等。,返回,2024年3月28日星期四,３．試驗(yàn)載荷,反應(yīng)堆壓力容器加工制造完成后必須作水壓試驗(yàn)和其它考核檢驗(yàn)。其試驗(yàn)壓力比運(yùn)行壓力要大50％。此外還要考慮地震的影響。,返回,2024年3月28日星期四,二、壓

30、力容器破壞形式,壓力容器及其零部件在使用過程中破壞的形式主要有以下幾種：韌性斷裂、脆性斷裂、疲勞、蠕變和腐蝕等。這些破壞的原因與制造材料有著密切關(guān)系。１．韌性斷裂２．脆性斷裂３．疲勞及疲勞斷裂４．蠕變５．腐蝕,返回,2024年3月28日星期四,１．韌性斷裂,對于韌性材料制造的壓力容器，在內(nèi)壓作用下器壁應(yīng)力超過材料屈服點(diǎn)時(shí)，器壁材料就會發(fā)生塑性變形。隨著壓力不斷增加會產(chǎn)生明顯的宏觀變形，當(dāng)器壁中的應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度之后，容器

31、發(fā)生斷裂破壞，這種破壞形式稱為韌性斷裂。防止發(fā)生韌性斷裂，主要是要保證材料中的一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度Ｐm 和它與一次彎曲應(yīng)力之和（Ｐm＋Ｐb）不超過規(guī)定的數(shù)值。正確設(shè)計(jì)和合理使用的壓力容器一般是不會發(fā)生韌性斷裂的。,返回,2024年3月28日星期四,２．脆性斷裂,在壓力作用下，壓力容器器壁材料沒有發(fā)生明顯的宏觀塑性變形，且應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到材料的抗拉強(qiáng)度，甚至有時(shí)還低于屈服點(diǎn)而發(fā)生突然斷裂，這種破壞形式稱為脆性斷裂。容器的脆性斷裂往往是由于材料

32、內(nèi)部存在缺陷，材料韌性差或是低溫韌性下降而造成的。通常制造壓力容器的鋼材在使用溫度下其塑性是很好的。但是當(dāng)溫度降低到一定程度時(shí)（常溫或更低的溫度）則顯示出脆性，即在發(fā)生斷裂之前沒有明顯的變形。這種使材料由塑性轉(zhuǎn)變成脆性的溫度稱為“脆性轉(zhuǎn)變溫度”。應(yīng)該特別指出，反應(yīng)堆壓力容器是在強(qiáng)烈的中子輻照下工作的。這種輻照會使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。輻照中子注量越大，轉(zhuǎn)變溫度升高得越多，從而使在較高的溫度下也可能發(fā)生脆性斷裂。,返回,2024年3月28日星

33、期四,３．疲勞及疲勞斷裂,疲勞是壓力容器長期受到交變載荷作用而出現(xiàn)的一種破壞形式。壓力容器的疲勞多數(shù)由低周高應(yīng)力載荷所引起的，即局部應(yīng)力接近或高于材料的屈服點(diǎn)，但載荷的交變次數(shù)卻比較低（常在105 以下）。產(chǎn)生交變應(yīng)力的原因主要有以下幾種：（１）運(yùn)行壓力的變化，波動或頻繁的間歇式操作；（２）周期性的溫度梯度； （３）在容器及其部件的變形受到限制時(shí)，由于溫度變化而引起交變的熱應(yīng)力；（４）強(qiáng)迫振動；（５）外載荷的變化。 容

34、器發(fā)生低周疲勞斷裂時(shí)，不管材料是處于韌性狀態(tài)還是脆性狀態(tài)，一般都不產(chǎn)生明顯的塑性變形。疲勞斷裂比脆性斷裂要慢得多。,下一頁,2024年3月28日星期四,3．疲勞及疲勞斷裂(2),重復(fù)載荷導(dǎo)致的交變應(yīng)力會使已存在的小裂紋出現(xiàn)輕微的開裂現(xiàn)象，使得裂紋逐漸地?cái)U(kuò)展而穿過整個構(gòu)件，直到造成斷裂。這種斷裂稱為疲勞斷裂。在重復(fù)的載荷作用下，即使材料中不存在裂紋也會產(chǎn)生進(jìn)行性斷裂。材料的表面凹坑、刻痕、夾渣等不規(guī)則性缺陷都可能成為裂紋的起點(diǎn)。進(jìn)行性斷裂

35、會在屈服小或不發(fā)生屈服的情況下造成大而突然的斷裂，是特別危險(xiǎn)的斷裂方式。當(dāng)材料的塑性降低時(shí)，進(jìn)行性斷裂的可能性明顯地增加。中子輻照會引起金屬脆化。所以研究疲勞特性對反應(yīng)堆壓力容器設(shè)計(jì)有重要意義。,下一頁,在工程設(shè)計(jì)中，通常采用疲勞曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)。典型的高循環(huán)疲勞曲線如下圖所示，,2024年3月28日星期四,3．疲勞斷裂(3),它可由實(shí)驗(yàn)得出。由曲線可以看出，導(dǎo)致斷裂的交變應(yīng)力幅度σa 最初隨應(yīng)力交變次數(shù)N急劇下降，而后漸趨水平線，相應(yīng)于這

36、一漸近線的應(yīng)力稱為材料的持久強(qiáng)度極限，記作σD 。如果施加的應(yīng)力低于這個數(shù)值，則無論交變應(yīng)力循環(huán)多少次，材料也不會發(fā)生疲勞斷裂。在高循環(huán)區(qū)域中，σD是金屬疲勞性能的特征，故可用來作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。對于低強(qiáng)度和中強(qiáng)度鋼來說，持久極限一般為拉伸極限強(qiáng)度的40％～50％，對于高強(qiáng)度鋼和有色金屬，百分比要低一些。 從上圖曲線左部可以看到，循環(huán)次數(shù)小于105 的疲勞強(qiáng)度都比持久極限要高，因而在低循環(huán)區(qū)也用持久極限作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是不合理的。這時(shí)最好借

37、助于低循環(huán)疲勞極限。在低循環(huán)疲勞時(shí)，應(yīng)力值往往高于材料的屈服強(qiáng)度，因而引起破壞時(shí)應(yīng)變值比屈服應(yīng)變值要大，這是與高循環(huán)疲勞的不同點(diǎn)。,下一頁,2024年3月28日星期四,3．疲勞斷裂(4),左圖為低碳鋼和低合金鋼的低循環(huán)疲勞曲線。該圖的縱坐標(biāo)Ｓa “是虛擬交變應(yīng)力幅度”，它是假定材料的總應(yīng)變范圍εt 全部為彈性應(yīng)變時(shí)的交變應(yīng)力幅度。由于實(shí)際上存在塑性應(yīng)變，所以此應(yīng)力幅度是虛擬的。若材料的彈性模量為Ｅ，則虛擬交變應(yīng)力幅度定義為Ｓa =0.5

38、Ｅεt ，即交變應(yīng)力起伏的總幅度為2 Ｓa 。利用疲勞曲線，便可以求得規(guī)定循環(huán)次數(shù)時(shí)的許用交變應(yīng)力幅度。圖４－３是示意性的，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體使用的材料型號查出相應(yīng)的疲勞曲線。,返回,2024年3月28日星期四,４．蠕變,蠕變是材料長期在恒溫、恒載荷作用下（即使應(yīng)力低于屈服點(diǎn)）產(chǎn)生的緩慢而連續(xù)的塑性變形。通常只有在溫度高于0.3 Ｔm （以絕對溫標(biāo)表示的材料熔點(diǎn)）時(shí)蠕變才比較明顯，所以壓力容器的蠕變斷裂不常見。但是個別零部件的蠕變

39、斷裂是時(shí)有發(fā)生的。 在高溫下加上載荷，許多材料都會發(fā)生緩慢的連續(xù)變形，如圖４－１所示。材料的這種性質(zhì)稱為蠕變。在恒定應(yīng)力和溫度下，蠕變速率在長期內(nèi)大致保持不變，而達(dá)到某一變形量時(shí)變形速率增加，隨后會發(fā)生破裂。,下一頁,2024年3月28日星期四,４．蠕變（2）,為了確保安全，要求材料的持續(xù)應(yīng)力不得超過蠕變極限。所謂蠕變極限，是指在運(yùn)行溫度下，在給定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的蠕變應(yīng)變量不超過某個特定值時(shí)（例如經(jīng)100000h 的蠕變應(yīng)變?yōu)? ％）所

40、承受的應(yīng)力。通常在鋼材的使用溫度達(dá)到25％～35％的熔點(diǎn)溫度以上時(shí)，蠕變的效果會顯示出來，對工作在這一溫度范圍的部件，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮蠕變極限的限制。鋯合金的蠕變極限很低，在燃料元件設(shè)計(jì)中，蠕變極限是主要的考慮因素之一。,返回,2024年3月28日星期四,,金屬在拉伸作用下的蠕變,返回,,2024年3月28日星期四,５．腐蝕,常見的腐蝕破壞類型有晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、氫腐蝕和腐蝕疲勞等。其中最常見而又最危險(xiǎn)的是應(yīng)力腐蝕開裂，它是容器器

41、壁材料在特定的腐蝕介質(zhì)與應(yīng)力共同作用下引起的。材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕時(shí)，腐蝕與應(yīng)力相互促進(jìn)，開始表面形成微裂紋，繼而裂紋向材料內(nèi)部縱深擴(kuò)展。引起應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力來源可以是外加的（容器操作運(yùn)行時(shí)的工作應(yīng)力、熱應(yīng)力等），也可以是容器制造的殘余應(yīng)力（焊接、冷加工及安裝時(shí)的固定殘余應(yīng)力等）。例如蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的水中存在許多雜質(zhì)，而傳熱管與管板連接的根部，雜質(zhì)濃度最高，且應(yīng)力很大，此處容易于產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。,返回,2024年3月28日星期四,第三節(jié) 壓

42、力容器設(shè)計(jì)中常用的強(qiáng)度理論,當(dāng)已知材料的拉申（或壓縮性能時(shí)，預(yù)測結(jié)構(gòu)在復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下如何發(fā)生破壞的理論，稱為強(qiáng)度理論。換句話說，強(qiáng)度理論就是描述材料破壞規(guī)律的學(xué)說。又因?yàn)榇颂幩f的破壞并非指容器破裂，而是泛指容器失去正常工作能力，即“失效”，故又稱為“失效準(zhǔn)則”或“失效判據(jù)”。常用的理論有：最大主應(yīng)力理論、最大剪應(yīng)力理論和最大畸變能理論。壓力容器中各點(diǎn)的受力，大都是二向應(yīng)力或三向應(yīng)力狀態(tài)。如圖所示。,返回,2024年3月28日星期四

43、,壓力容器中各點(diǎn)的受力,返回,最大主應(yīng)力理論,這一理論認(rèn)為，當(dāng)最大(或最小) 主應(yīng)力超過拉伸(或壓縮)屈服極限時(shí)，材料將由于屈服而失效。應(yīng)用最大主應(yīng)力理論于實(shí)際構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算，得相應(yīng)的強(qiáng)度條件為：或 式中： —材料屈服極限； [σ] —單向拉伸(壓縮)許用應(yīng)力，MPa； n — 安全系數(shù)。,返回,2024年3月28日星期四,這一理論認(rèn)為，當(dāng)材料中最大剪應(yīng)

44、力超過簡單拉伸試驗(yàn)屈服時(shí)的最大剪應(yīng)力 時(shí)，材料將開始發(fā)生屈服。按照這一理論，材料的屈服條件為：而二向應(yīng)力下，有 三向應(yīng)力下，有：所以相應(yīng)的強(qiáng)度條件為：,最大剪應(yīng)力理論,返回,2024年3月28日星期四,最大畸變能理論,本理論認(rèn)為，物體的任意位置處于組合應(yīng)力狀態(tài)下的單位體積，當(dāng)其畸變能等于單向拉伸屈服極限時(shí)的畸變能時(shí)，材料將由于屈服而失效。用主應(yīng)力來表示，有：相應(yīng)的強(qiáng)度條件為： 平面

45、應(yīng)力狀態(tài)下，σ3=0，相應(yīng)的強(qiáng)度條件為：,返回,2024年3月28日星期四,第四節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)中常用的薄膜理論,壓力容器是由圓筒形、球形、橢圓形、圓錐形和碟形等回轉(zhuǎn)殼體組成的容器。根據(jù)容器的外徑Dou與內(nèi)徑Di的比值k的大小，可把壓力容器分為薄壁容器和厚壁容器兩種。K＜1.2的容器稱為薄壁容器。工程上所用薄壁容器，其主體大多是圓柱形筒體，即通稱的“薄壁圓筒”，其內(nèi)壓應(yīng)力如圖所示。一、薄壁圓筒的受力分析二、回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析

46、三、薄膜理論的應(yīng)用,返回,2024年3月28日星期四,薄壁圓筒在內(nèi)壓作用下的應(yīng)力,返回,2024年3月28日星期四,一、薄壁圓筒的受力分析,薄壁圓筒在內(nèi)壓力p的作用下，其上任意一點(diǎn)將產(chǎn)生兩個方向的應(yīng)力：一是由于圓筒兩端拉力所產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力，稱為“軸向應(yīng)力”或“經(jīng)向應(yīng)力”用σx表示。二是由于圓筒均勻向外膨脹，在圓周切線方向所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，稱為“切向應(yīng)力”或“環(huán)向應(yīng)力”，用σθ表示。除了這兩者之外，器壁還存在著徑向應(yīng)力，但相對較小，

47、可不予考慮。,返回,2024年3月28日星期四,其中Px為作用在封頭上的總壓力，Nx為作用在截面上的內(nèi)力，即軸向力。不管封頭形狀如何，均有：而所以,薄膜理論實(shí)質(zhì)上是靜力平衡理論。為了求得軸向應(yīng)力，常用截面法。即用一垂直于軸線的假想截面，將圓筒分成兩部分，得如圖所示的平衡體。由平衡條件得：,軸向應(yīng)力計(jì)算,返回,或,2024年3月28日星期四,如圖3-3，根據(jù)y方向的平衡條件，有：其中Py為內(nèi)壓p在y軸上投影之和，其值為

48、 承受環(huán)向應(yīng)力σθ的長度為L的圓筒縱截面積為2tL，所以縱截面上的內(nèi)力則環(huán)向應(yīng)力,環(huán)向應(yīng)力計(jì)算,返回,2024年3月28日星期四,薄壁圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算圖,返回,2024年3月28日星期四,薄壁圓筒環(huán)向應(yīng)力計(jì)算圖,返回,2024年3月28日星期四,二、回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析,1．回轉(zhuǎn)體的幾何概念2．回轉(zhuǎn)殼體應(yīng)力的初步分析3．經(jīng)向應(yīng)力分析4．環(huán)向應(yīng)力分析,返回,2024年3月28日星期四,1、回轉(zhuǎn)體的幾何概念,所謂回轉(zhuǎn)殼

49、體，系指殼體的中面是由一根平面曲線繞一根固定軸在空間旋轉(zhuǎn)３６０°而成的。,返回,2024年3月28日星期四,2、回轉(zhuǎn)殼體應(yīng)力的初步分析,圖3－4是由曲線AB繞AO軸旋轉(zhuǎn)而成的。AB為母線。若過軸作一截面與殼體曲面相交得到一交線，稱為“經(jīng)線“，它與母線相似。如果作一圓錐面與殼體曲面相正交，得到的交線叫“緯線“。,下一頁,2024年3月28日星期四,回轉(zhuǎn)殼體承受內(nèi)壓以后，其經(jīng)線和緯線方向都要發(fā)生伸長變形，因而在經(jīng)線方向產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力

50、，用 σx表示；在緯線方向產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力，仍用σθ表示。由于軸對稱關(guān)系，在同一緯線上各點(diǎn)的經(jīng)向應(yīng)力均相等，環(huán)向應(yīng)力亦如此。但是在不同的緯線上二者均不等。,返回,2024年3月28日星期四,3、經(jīng)向應(yīng)力分析,為了求得任意緯線上的經(jīng)向應(yīng)力，用一個與殼體表面正交的圓錐面作假想截面，其立體圖如圖3－5所示。該圓錐面的母線OC叫回轉(zhuǎn)殼體曲面在該緯線上的第二主曲率半徑，用ρ2表示,如圖3－5和3－6所示。 圓錐面將殼體分成兩部分，考慮其中任一部分

51、的平衡，用圖3－5（c）作力學(xué)模型，得Y方向的平衡方程:,下一頁,2024年3月28日星期四,3．經(jīng)向應(yīng)力分析,下一頁,2024年3月28日星期四,3．經(jīng)向應(yīng)力分析,下一頁,2024年3月28日星期四,3．經(jīng)向應(yīng)力分析,返回,2024年3月28日星期四,確定第二主曲率半徑的方法,返回,2024年3月28日星期四,4、環(huán)向應(yīng)力分析,確定了經(jīng)向應(yīng)力后，可從殼體中截取一小單元體來研究，如圖４－１３所示，用截得的小單元體作力學(xué)模型，如圖４－１４

52、所示，即可求得環(huán)向應(yīng)力。,下一頁,2024年3月28日星期四,下一頁,法線n方向上的平衡條件為:,上一頁,2024年3月28日星期四,,平衡方程中的各力如下：,下一頁,上一頁,2024年3月28日星期四,若母線之曲線方程為 y=y(x), 則,平衡方程變?yōu)椋?返回,2024年3月28日星期四,三、薄膜理論的應(yīng)用,1、圓柱殼 2、球殼 3、橢球殼(橢球封頭) 4、錐形殼(錐形封頭),返回,2024年3月28日星期四,１、圓柱殼

53、（１）求軸向應(yīng)力用ρ2等于D／2代入式（3－7）得,（２）求環(huán)向應(yīng)力根據(jù)式(3-8) 可求出環(huán)向應(yīng)力,返回,2024年3月28日星期四,２、球殼 從圖（４－１５）看出，球殼曲面任一點(diǎn)的第一與第二主曲率半徑均等于球殼的半徑 Ｄ／２由式（3－7）和（3－8）得,返回,2024年3月28日星期四,返回,2024年3月28日星期四,３、橢球殼 由橢圓曲線方程,可解得第一主曲率半徑,下一頁,2

54、024年3月28日星期四,第二主曲率半徑可從圖（４－１６）中的幾何尺寸求得,應(yīng)力計(jì)算：將分別代入式（3－7）、（3－8）得,上一頁,下一頁,2024年3月28日星期四,返回,2024年3月28日星期四,返回,2024年3月28日星期四,4、錐形殼(錐形封頭),α α H

55、 h D 錐形殼示意圖（內(nèi)壓為P，壁厚為t）,,,,,,,,,,,,,,,,下一頁,2024年3月28日星期四,4、錐形殼(錐形封頭),α α

56、 H r ρ2 h D錐形殼應(yīng)力分析示意圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,下一頁,2024年3月28日星期四,4

57、、錐形殼(錐形封頭),可解得錐底各點(diǎn)(r=D/2)的應(yīng)力,返回,2024年3月28日星期四,第五節(jié) 內(nèi)壓容器的壁厚計(jì)算,一、薄壁圓筒的壁厚計(jì)算二、球殼或球封頭的壁厚計(jì)算三、橢球封頭的壁厚計(jì)算四、平封頭的板厚計(jì)算五、厚壁容器的應(yīng)力分析與壁厚計(jì)算,返回,2024年3月28日星期四,一、薄壁圓筒的壁厚計(jì)算,根據(jù)薄膜理論，薄壁圓筒在受均勻內(nèi)壓時(shí)，筒壁所產(chǎn)生的應(yīng)力屬于兩向應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力的數(shù)值分別為,代入最大主應(yīng)力理論的強(qiáng)度條件得：,式

58、中：,－設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力MPa,下一頁,2024年3月28日星期四,如果給定內(nèi)徑，用 D=Di+t 代入上式得：,D — 圓筒的平均直徑；,工程實(shí)際中，考慮焊縫處可能存在氣孔、夾渣等缺陷以及焊縫熱影響區(qū)晶粒粗大等造成的強(qiáng)度削弱，引進(jìn)焊縫系數(shù)，通常；考慮到工藝介質(zhì)的腐蝕等影響，壁厚還要增加一個附加量C，最后的圓筒實(shí)際壁厚計(jì)算公式(最大主應(yīng)力理論)為:,—圓筒的理論壁厚,下一頁,2024年3月28日星期四,給定內(nèi)徑，且?。河米?/p>

59、大剪應(yīng)力理論即第三強(qiáng)度理論計(jì)算得：,給定內(nèi)徑，且?。河玫谒膹?qiáng)度理論計(jì)算得：,在工程設(shè)計(jì)中，以Di作為容器的公稱直徑，以Dou作為管道的公稱直徑。,返回,2024年3月28日星期四,二、球殼或球封頭的壁厚計(jì)算,由于承受內(nèi)壓的球殼，其經(jīng)向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力相等，即:故用第一或第三強(qiáng)度理論計(jì)算理論壁厚是一樣的:,返回,2024年3月28日星期四,三、橢球封頭的壁厚計(jì)算(1),前面已經(jīng)分析，對于 a/b=2的標(biāo)準(zhǔn)橢球計(jì)封頭，其頂點(diǎn)應(yīng)力最

60、大，且該點(diǎn)的經(jīng)向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力相等，令a=D/2,有:該點(diǎn)的主應(yīng)力為:代入第三強(qiáng)度理論，解得理論壁厚為：,下一頁,2024年3月28日星期四,三、橢球封頭的壁厚計(jì)算(2),對于 a/b 不等于２的橢球封頭，其壁厚計(jì)算公式為：式中k為形狀系數(shù)，hi為橢球短軸的內(nèi)半徑。我國推薦a/b=2為標(biāo)準(zhǔn)橢球形封頭的比值。,返回,2024年3月28日星期四,四、平封頭的板厚計(jì)算,平封頭是各種封頭中結(jié)構(gòu)最簡單的一種。當(dāng)容器

61、直徑和所受壓力不大時(shí),用平封頭很經(jīng)濟(jì),且簡便易造。但當(dāng)容器直徑和所受壓力較高時(shí),平封頭中產(chǎn)生的應(yīng)力很大,若仍采用平封頭,就顯得很笨重。 壓力容器用平封頭者,多是可拆的螺栓連接。圓形平板板厚設(shè)計(jì)公式為:,返回,2024年3月28日星期四,五、厚壁容器的應(yīng)力分析與壁厚計(jì)算,１、厚壁容器的應(yīng)力分析若 , 則是厚壁容器。 厚壁容器承受內(nèi)壓或外壓后，由于各層材料變

62、形的相互約束和限制，在徑向也產(chǎn)生了應(yīng)力σr，稱為徑向應(yīng)力。該應(yīng)力沿壁厚方向非均勻分布。當(dāng)厚壁容器承受內(nèi)壓或外壓時(shí),將產(chǎn)生三個應(yīng)力分量,其分布如圖（3－15）所示。,下一頁,2024年3月28日星期四,返回,2024年3月28日星期四,２、厚壁圓筒的應(yīng)力計(jì)算 厚壁圓筒的應(yīng)力計(jì)算公式見表４－４,返回,2024年3月28日星期四,第六節(jié) 殼體彎曲理論與邊緣問題,一、概述二、內(nèi)力分量及其應(yīng)力三、內(nèi)力分量的計(jì)算四、典型回

63、轉(zhuǎn)殼體邊緣內(nèi)力分量、擾度及轉(zhuǎn)角計(jì)算五、不連續(xù)部分的應(yīng)力計(jì)算,返回,2024年3月28日星期四,第七節(jié) 熱應(yīng)力概述,一、熱應(yīng)力產(chǎn)生的原因及其性質(zhì)二、常用殼體的溫差應(yīng)力三、反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)熱源引起的熱應(yīng)力,返回,2024年3月28日星期四,一、熱應(yīng)力產(chǎn)生的原因及其性質(zhì),材料因溫度變化使其自然膨脹或收縮受到約束時(shí)，將引起應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。熱應(yīng)力取決于溫度的分布，材料線膨脹系數(shù)，陡峭的溫度梯度引起高的應(yīng)力。熱應(yīng)力也就是溫差應(yīng)力

64、。 熱應(yīng)力是“自身限制”的，屬于二次應(yīng)力。,返回,2024年3月28日星期四,第八節(jié) 壓力容器的應(yīng)力分類與應(yīng)力強(qiáng)度,一、壓力容器的應(yīng)力分類二、關(guān)于應(yīng)力強(qiáng)度的概念三、使用限制及應(yīng)力限值,返回,2024年3月28日星期四,一、壓力容器的應(yīng)力分類,ＡＳＭＥ規(guī)范運(yùn)用了分析設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)壓力容器。這種方法要求對壓力容器在受載工況下所產(chǎn)生的各種應(yīng)力進(jìn)行詳細(xì)的分析。在分析的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行科學(xué)分類。區(qū)分應(yīng)力類別的分水嶺是所考慮的應(yīng)力是否具有自限性

65、，即引起這種應(yīng)力的原因是否屬于為平衡外載所必須。目前，把壓力容器所受的應(yīng)力分為:一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力 二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力的區(qū)別熱應(yīng)力、膨脹應(yīng)力、總應(yīng)力。,返回,2024年3月28日星期四,一次應(yīng)力,一次應(yīng)力P（MPa）是施加到壓力容器上的載荷產(chǎn)生的任何法向應(yīng)力或剪切應(yīng)力。它是為了滿足部件內(nèi)、外力和力矩的平衡規(guī)律所必須的應(yīng)力。其基本特征是非自限性的。當(dāng)一次應(yīng)力大大超過屈服強(qiáng)度時(shí)，會引起壓力容器的總體變形甚至破壞。一次應(yīng)力包

66、括總體薄膜應(yīng)力Pm、一次彎曲應(yīng)力Pb及局部薄膜應(yīng)力PL。,返回,2024年3月28日星期四,二次應(yīng)力,二次應(yīng)力Q（MPa）是由于壓力容器各部位的相鄰材料的約束或者由于結(jié)構(gòu)本身的約束而引起的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力。它不是為了滿足與外力的平衡，而是為了滿足整體變形協(xié)調(diào)條件。其基本特征是自限性與局部性。由二次應(yīng)力引起的屈服是局部地區(qū)的屈服，會產(chǎn)生應(yīng)力重新分布的效應(yīng)，而在大部分區(qū)域仍處于彈性狀態(tài)，所以容器仍能繼續(xù)工作。二次應(yīng)力包括總體熱應(yīng)力和總體結(jié)構(gòu)

67、不連續(xù)處的彎曲應(yīng)力。,返回,2024年3月28日星期四,峰值應(yīng)力,扣除了薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力后，沿容器壁厚方向呈非線性分布的那部分應(yīng)力叫峰值應(yīng)力，以F表示（MPa）。其基本特征是應(yīng)力分布區(qū)域很小，不會引起整個結(jié)構(gòu)的任何明顯的變形，而只是導(dǎo)致容器產(chǎn)生疲勞破裂和脆性斷裂的可能來源之一。因此，在一般設(shè)計(jì)中不予考慮，只是在疲勞設(shè)計(jì)時(shí)才加以限制。,返回,2024年3月28日星期四,二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力區(qū)別,兩者都是自平衡力系引起的，這是它們的共性。

68、自平衡力系是為了滿足結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)要求，而結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)有兩方面的要求：第一，滿足結(jié)構(gòu)整體變形協(xié)調(diào)要求，即總體結(jié)構(gòu)連續(xù)要求(滿足此要求稱為二次應(yīng)力)；第二，滿足結(jié)構(gòu)局部變形協(xié)調(diào)要求，即局部結(jié)構(gòu)連續(xù)要求(滿足此要求稱為峰值應(yīng)力) 。此即兩者的差異。,返回,2024年3月28日星期四,熱應(yīng)力、膨脹應(yīng)力、總應(yīng)力,熱應(yīng)力對應(yīng)于溫度載荷，是由于傳熱和輻照產(chǎn)生的溫度不均勻分布或材料膨脹系數(shù)不同，結(jié)構(gòu)膨脹受到約束而引起的自平衡應(yīng)力。熱應(yīng)力分總體熱應(yīng)力和