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应力分类法中各类应力的说明
应力分类指对各种载荷作用下产生的不同应力进行分析定义后,进而需要对这些应力归纳分类,以便找出防止各类应力引起结构失效的方法。 根据我国压力容器标准GB4732 和美国压力容器规范 ASME Ⅷ-2 都将应力分为一次应力、二次应力和峰值应力,一次应力又分为一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力和一次弯曲应力,而在 EN13445-3 中将二次应力又分为二次薄膜应力和二次弯曲应力。
分析设计要求设计者把危险部位的计算应力分成一次应力、二次应力和峰值应力后,根据各种应力对结构失效的影响和作用,用指定的许用应力极限值,按照相关的强度理论进行设计计算。
ASME Ⅷ‑2 规范、欧盟 EN 标准和我国 GB/T 4732—2024 标准对各类应力的说明摘引。
(1)一次应力(总体一次薄膜应力Pm、局部一次薄膜应力PL、一次弯曲应力Pb)
ASME:由施加的载荷引起的、为满足外部与内部的力和力矩平衡定律所必须的正应力或剪应力。一次应力的基本特征是它是非自限的。显著超过屈服强度的一次应力将导致失效或至少是总体变形。热应力不属于一次应力。
EN:与外加载荷 (压力,力和力矩) 满足平衡定律的应力。
GB/T 4732:为平衡压力与其他机械载荷所必须的正应力或剪应力。
总体一次薄膜应力Pm
ASME:总体一次薄膜应力在结构中的分布不会因屈服而发生载荷重分配。例如,在圆柱壳或球壳中由内压或分布的活载荷引起的总体薄膜应力。
局部一次薄膜应力PL
ASME:由压力或其他机械载荷与一次和 / 或不连续效应共同引起的薄膜应力情况,若不加限制,当载荷转移到结构的其他部分时将产生过量的塑性变形。从保守考虑,要求将这类应力归入局部一次薄膜应力,虽然它具有某些二次应力的性质。
老 Ⅷ‑2 还做了更详细的说明:如果应力强度超过1.1Sm的应力区沿子午线方向的延伸距离不大于1.0√Rt,则此应力区可认为是局部的,此处R是所考察区的中面曲率半径,它是从回转轴量起、垂直于曲面的第二主曲率半径,t是考察区内的最小厚度。两个超过1.1Sm的局部一次薄膜应力区在子午线方向的距离应不小于2.5√Rt(2007 版以后改为1.25√Rt),此处R为(R1+R2)/2,t为(t1+t2)/2,R1和R2是这两个区的第二主曲率半径,t1和t2是每个区的最小厚度。离散的超过1.1Sm的局部一次薄膜应力区之间不应出现超过1.1Sm的薄膜应力区的重叠现象。例如,由永久性支座或接管连接处的外载荷和力矩引起的壳体内的薄膜应力。

一次弯曲应力Pb
ASME:一次弯曲应力可定义为由施加的载荷引起的、为满足外部与内部的力和力矩的平衡定律所必须的弯曲应力。例如,由压力引起的平盖中心区的弯曲应力、蝶形封头球冠中心区的弯曲应力、多孔管板或封头的孔桥中的弯曲应力、非均布径向载荷下圆环的环向弯曲应力。
EN:一次弯曲应力定义为沿所考虑截面线性分布的一次应力,它与离中性轴的距离成正比。
GB/T 4732:平衡压力或其他机械载荷所需的沿截面厚度线性分布的弯曲应力。
(2)二次应力Q
ASME:由相邻部件的约束或结构自身约束所引起的正应力或剪应力。二次应力的基本特征是:它是自限的。局部屈服和少量变形可以使产生该应力的条件得到满足。一次性施加该应力是不会发生失效的。例如,总体热应力和总体结构不连续处的弯曲应力。
EN:因使用不同弹性模量的材料在外载荷下出现的几何不连续被约束或因热膨胀差被约束所产生的应力。
GB/T 4732:为满足外部约束条件或结构自身变形连续要求所需的正应力或剪应力。二次应力的基本特征是具有自限性,即局部屈服和小量变形就可以使约束条件或变形连续要求得到满足,从而变形不再继续增大。
(3)峰值应力F
ASME:峰值应力的基本特征是它不引起任何显著的变形,其有害仅因为它是疲劳裂纹或脆性断裂的可能起源。并不高度局部化的应力,如果不引起显见的变形也归入此类。例如,碳钢容器的奥氏体钢覆层中的热应力,因所含流体的温度迅速变化而导致的容器或管子壁中的热应力,以及局部结构不连续处的应力。
EN:加在相应一次和二次应力之上以形成总应力的那部分应力。
GB/T 4732:由局部结构不连续或局部热应力影响而引起的附加于一次加二次应力的应力增量。峰值应力的特征是同时具有自限性和高度局部性,不会引起明显的变形;其危害性在于可能导致疲劳裂纹或脆性断裂。非高度局部性的应力,如果不引起显著变形也属于此类。