赵春晓

    (中石化上海工程有限公司， 上海 200120)

    压力容器中应力分类方法的几点讨论与思考

    赵春晓

    (中石化上海工程有限公司， 上海 200120)

    就应力分类方法的应力划分和强度限制进行了分析，对业内有争议之处进行了讨论，分析了规范与工程实践产生分歧的原因，并提出了自己的看法和思考。

    分析设计方法；应力分类；二次应力；峰值应力；自限性

    ASME委员会于1968年发布了ASME Ⅷ-2，首次提出了应力分类的设计方法[1]。相对于压力容器行业一直以来的按规则设计，应力分类方法的设计方法，为解决一些常用元件的复杂组合情况提供了思路，并能进行快速计算及判定。随后，很多国家吸收了这种设计方法的思路，并在各国研究人员的不懈努力下继续发展。

    随着该方法在工程项目中的逐步实践，在行业应用方面积累了丰富的经验。同时，也遇到了一些规范与工程实际不相符的问题。本文对遇到的一些问题展开讨论，并提出一些自己的相关思考。作为一种相对成熟，但某些方面有着争议的计算方法，进行讨论仍具有现实意义。评判一种计算方法需考虑的相关要素，这对于任何一种新的计算方法，同样适用。

    1 应力分类方法的适用条件

    目前常用的应力分析方法有应力分类方法、极限载荷法、直接法和弹-塑性方法等。各种方法都有其假设条件和适用对象。应力分类方法采用板壳理论的应力分析为基础，试图以线弹性分析的方法解决弹塑性结构的失效问题。

    1.1 边缘应力和自限性

    不连续应力(边缘应力)是应力分析方法中的重要概念，自限性是边缘应力的重要特性。

    采用板壳理论求解总体结构不连续处的总应力，例如圆筒和封头连接处的应力，由于组成圆筒和封头的母线曲率不同，所以无法由无力矩理论所得的圆筒或球壳应力公式直接求解连接处的总应力，只能用和一般超静定结构分析相类似的方法求解，即先将圆筒和半球形封头的连接分离为单个的圆筒和球壳，分别按圆筒、球壳的(无力矩)应力公式求出各自的应力(即由压力直接引起的应力)，这样求出圆筒和封头上的应力，也就是在连接边缘处引起不同的变形而导致两元件“分离”，即变形不协调，见图1(a)。为保持两元件的变形协调，在连接处有属于自平衡力系的超静定力矩和剪力，或称边缘力矩M0和边缘剪力Q0存在，见图1(b)。由于边缘剪力和边缘力矩的原因，在两元件的连接处产生了边缘应力，使两元件产生各自的向内和向外的变形，从而消除了不协调量，见图 1(c)。

    于是，不论圆筒或封头 ......