静设备
石油化工设备技术，2016，37（3）·1· Petro-Chemical Equipment Technology
不同强度分析中各种载荷的叠加原则
一压力容器应力分析设计中的六个重要问题（二）
闫东升，夏少青，郭雪华，王小敏（中国石化工程建设有限公司，北京100101）
摘要：压力容器的各种载荷可分别引起一次应力、二次应力和峰值应力，根据三种应力的失效机理，讨论了压力载荷、重力载荷、风载荷和地震载荷分别引起的三种应力的叠加原则，指出；这些载荷引起的一次应力应同时叠加；压力载荷、重力载荷产生的二次应力和风载荷、地震载荷产生的二次应力应分别满足安定条件，而不是同时叠加；峰值应力应以损伤叠加一累积损伤进行评定。
关键词：压力容器应力评定载荷的叠加原则
1不同强度分析中各种载荷的叠加原则 1.1压力容器各种载荷及其产生的应力 1.1.1各种载荷
按照JB4732一1995《钢制压力容器—分析设计标准》11（2005年确认），设计时应考虑各种载荷及载荷组合，至少应考虑的载荷有：压力载荷、重力载荷（容器的自重、工作条件下和试验状态下内装物料的重力载荷）、风载荷、地震载荷、雪载荷、附加载荷、液柱静压力、管道外加载荷、支撑的反作用力、压力急剧波动的冲击载荷和热载荷等。本文主要分析前4种和压力容器设计最为密切的载荷。
1.1.2各种载荷产生的应力
压力容器承受载荷时会产生不同的应力。应力可以从不同角度进行分类：就其范围而言可以分为总体的、局部的和集中的。就其性质而言可分为一次应力、二次应力和峰值应力。在压力容器分析设计中，通常按性质对应力进行划分，即考虑各种载荷引起的一次应力、二次应力和峰值应力[2]。
在压力容器分析设计中，对一次应力、二次应力和峰值应力采用不同的原则控制②。对于一次应力，因其为平衡压力与其他机械载荷所必须的应力（包括法向应力与剪应力），故当一次应力过大时，将会引起过量的总体塑性变形而造成结构破坏，其失效模式为过量的弹性变形，故一次应力应满足静强度的要求。对于二次应力，因其为满
足外部约束条件或结构自身变形连续要求所必须的应力，其失效模式为过量的塑性变形，即是否发生破坏取决于是否反复产生足够次数的交替的塑形变形，对二次应力用安定性来控制。峰值应力是由局部结构不连续或局部热影响所引起的附加于一次与二次应力之上的应力增量，关于峰值应力的产生机理的详细解析见文献【3】。峰值应力仅对低周疲劳或脆断的失效模式起作用，在考虑疲劳和防止脆断时对峰值应力加以限制。下面对本文1.1.1所提的4种载荷产生的应力分别进行讨论。
当有压力载荷作用时，压力容器内部会产生
一次应力、二次应力和峰值应力。以球罐为例，在压力载荷的作用下，球壳中产生的总体薄膜应力即为一次应力。此时，在球壳和支柱的连接处，会有变形协调，即该处存在二次应力。另外，球罐上接管开孔处，在压力作用时有峰值应力。总之，在压力作用下，存在前述的3种应力。由于压力引起的一次应力需满足静强度的要求，因此一次应力必须考虑。在实际操作中，压力容器存在有开车、停车和检修等反复的加压和卸压过程，即说明在其设计寿命中，压力会引起交替的塑形变形，因此对产生的二次应力也必须控制。
收稿日期：2016-01-19。
作者简介：闫东升，男，2003年毕业于北京化工大学机械设
计及理论专业，硕士，已发表论文3篇，高级工程师。 Email:yands@sei.com.cn