静设备
石油化工设备技术，2016，37（5）·1· Petro-Chemical Equipment Technology
极限载荷法在应力分析中的应用一压力容器应力分析设计中的六个重要问题（四）
王小敏，闫东升，夏少青，郭雪华（中国石化工程建设有限公司，北京100101）
摘要：在应力分析中存在着应力分类法和塑性极限载荷法，应考虑静强度和安定性问题引起的两种失效模式，文章对比了两种分析方法在评判静强度和安定性问题上的区别。极限载荷法相比应力分类法解决了静强度问题，可得到较为经济的解，但需要对安定性问题进一步校核。针对安定性问题，总结了三种求解安定压力的方法，指出极限载荷法和弹性分析相结合的计算方法是压力容器应力分析的好方法。
关键词：应力分析极限载荷法极限载荷安定载荷
1极限载荷法在应力分析中的应用
随着石油化工、核工业、锅炉等行业的设备
大型化，压力容器应力分析成为压力容器设计中非常重要且必不可少的设计方法。应力分析方法主要分两大类：基于名义弹性应力辅以弹塑性应力评定的应力分类法和基于塑性分析方法的极限载荷法和安定载荷法。以上2种方法一般都借助有限元的方法来计算，20世纪80年代以后，随着计算机技术的快速发展，应力分类方法成为压力容器设计中复杂结构、超限结构的强度设计间题的主要解决方法。但经过这40多年的使用后发现，在工程应用中应力分类方法设计存在重大缺陷——分不清其中的一次应力成份和二次应力成份：使得很多采用应力分类法设计的容器结核不够理想。为此可以采用塑性分析方法直接求得极限载荷来替代一次应力的评定，但由于很多设计人员对极限载荷能解决强度问题认识不足，认为求取极限载荷后，静强度和安定回题都解决广，为此仅以求取极限载荷来替代2种失效模型的评定，是极大的误解。
应力分析法解决强度问题（除疲劳外），无论是基于名义弹性应力的应力分类法还是基于塑性分析法的极限分析法和安定分析都需要考虑两种强度失效模式：总体弹塑性跨塌和渐增性跨塌。总体弹塑性跨塌对应的是结构的静强度问题，渐增性跨塌对应的是结构安定性问题，即结构在反复加载和卸载过程中是否会产生塑性变形累积。
1.1应力分类法对两种强度失效模式的考虑
应力分类法在处理这2种失效模式的思路
是：对结构中的应力分布进行具体分析，根据具体部位和应力分布情况及应力产生的原因、危害性等进行分类，不同类别的应力采用不同的许用应力极限。
压力容器分析设计中共涉及3种应力：一次应力、二次应力和峰值应力。不同应力针对不同的失效模式，一次应力针对静强度能否满足要求；一次十二次应力针对结构是否能够安定，是否在使用过程中产生渐增性的塑性变形；一次十二次应力十峰值应力针对结构的疲劳破坏问题。
一次应力又细分为一次总体薄膜应力Pm、一次弯曲应力P，和一次局部薄膜应力PL。JB 473211对不同的应力采用不同许用应力极限：
一次应力：
S.=Pm≤KSm: S=P≤1.5K Sm: Sm=PL+P≤1.5KSm
二次应力：
S=P.+P.+Q≤3Sm
峰值应力：
收稿日期：2016-04-21。
作者简介：王小敏，男，2002年毕业于中国石油大学（北京）化机专业，硕士，主要从事压力容器设计、校核工作，高级工程师。
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