《身管自紧残余应力》PPT课件

2 1
O
N
b
4 3
δ
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20.2 普通螺栓连接的构造和计算
栓杆传力的弹性阶段：外力主要是靠螺栓受 剪和孔壁受挤压传递，内力分布不均；
弹塑性阶段：内力重分布，螺栓受力趋于均匀
因此，当外力作用于螺栓群中心时，在 计算中认为所 螺栓受力是相同的。
（b）弹性阶段受力状态 （a）塑性阶段受力状态
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20.2 普通螺栓连接的构造和计算
一、普通螺栓连接的构造计算
1.螺栓的排列和构造要求 ☆ 规格：形式为大六角头型，其代号用字母M与公称直径表示。常用
M16、M20、M24。 ☆ 螺栓的排列：并列、错列。
并列
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错列
20.2 普通螺栓连接的构造和计算
螺栓的排列要满足以下三个方面的要求： （1）受力要求：端距过小，端部撕裂；受压，顺内力方向，中距过
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最后的横向焊接残余应力当为两者即图(b)和图(c)的叠加， 如图(d)所示。
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20.1.7 焊接残余应力及残余变形
3、厚度方向的焊接应力
-
3
-+
2 1
σz
σx σy
在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。沿厚度方向 先焊焊缝凝固，阻止后焊焊缝的膨胀，产生塑性压缩变形
型钢的螺栓(铆钉)排列
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20.2 普通螺栓连接的构造和计算
螺栓的其它构造要求： 1、为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于两 个永久螺栓； 2、直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措施以防螺帽 松动； 3、C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：

二：弹塑性阶段 圆筒静力平衡方程：
d r dr
r
r
0
Mises屈服条件为 等效应力

3 2
= s
( r ) s

通过上面两个式子可以求得 r C
2 3
s ln r
又因为
r a 时 r P
代入上式可以求得
C
将C带入上式，最终求得：
弹性区域：
s rs 2 a2P b2 2 )(1 2 ) r ( 2 2 b a r 3b s rs 2 a2P b2 2 )(1 2 ) ( 2 2 b a r 3b s rs 2 a2P 2 z 2 b a2 3b
r P P P z
rs
2 3 2 3 2 3
s ln
r a r
s (1 ln )
a
s ( ln )
2 a
1
r
为弹塑性交界区域的半径，此处所受力为弹塑性 极限力： rs rs 2 s 2 Ps ( r ) r rs p s ln (1 2 ) 2 a b b 3
1 2
( r ) 2 ( z ) 2 ( r z ) 2

3 2
( r ) 3 P
a22 2b2源自2b a rs
通过上式可以看出：等效应力与半径成反比， 所以半径最小处（r=a）首先发生屈服，由此求得 弹性极限压力为：
a2 s Pe (1 2 ) b 3
最终求得：
rs 2 2 rs 1 P ln (1 2 ) b 3 a 2

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黄铜捧在辗平前后的残余应力分布图
a－纵向应力；b－切向应力；c－径向应力 (实线为拉制铜捧的残余攻力；虚线表示铜棒在碾平后的残余应力)
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残余应力的测定方法
研究金属物体内残余应力的主要方法：
• 机械法
• 化学法
• X光法
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• 实验证明，拉制黄铜棒经辗压后，其内部的残余应力发生如图 所示的变化。可见，表面变形可使原来的残余应力几乎减小一 倍，甚至可使表面拉应力变成压应力。
• 表面变形程度越大、残余应力减少得越多。但此变形程度不应 超过某一限度，一般是在1.5~3％以下。若超过此限度，会造成 有害的后果，因为这样不但不会减小残余应力，反而会使残余 应力增加。
＋ － ＋
板材裁剪后的变形2021/4/24 Nhomakorabea14
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• 使零件的使用寿命缩短
• 因残余应力本身是相互平衡的，所以当具有残余应力的物体受 载荷时，在物体内有的部分的工作应力为外力所引起的应力与 此残余应力之和，有的部分为其差，这样就会造成应力在物体 内的分布不均。此时工作应力达到材料的屈服强度时，物体将 会产生塑性变形；达到材料的断裂强度时，物体将会产生断裂， 从而缩短了零件的使用寿命。
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• 若加工件是不对称的，则物体除尺寸变化外，还可能发生形状 的改变。
• 引起残余应力的消失或减小的原因，除机械加工外还有时间的 延长等因素。有时，具有残余应力的物体在热处理过程中，或 受到冲击后也会发生尺寸和形状的变化。

2)两台或三台压缩机的汇集总管截面积至少为进口管 截面积的三倍，且应使柱塞流的冲击力不增加。
3)孔板消振 — 在缓冲罐的出口加一块孔板。
孔径大小：
d D
4
U,
U
V气体流速 V介质内的声速
d 0.3 ~ 0.5 D
孔板厚度=3～5mm
孔板位置 — 在较大缓冲罐的进出口均可 18
d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。
强度条件：连续敷设水平直管允许跨距强度条件是管
道中最大
纵向应力不得大于设计温度下的材
料的许用应力。
b)管道跨距计算
c) 不考虑内压最大允许跨距
d)考虑内压最大允许跨距
e)大直径薄壁管道
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10.2、管道跨距及导向间距 2）导向间距：
a）水平管 b）垂直
垂直管道的最大导向支架间距大致可按不 保温管充水的水平管道支架间距进行圆整。
需提条件给土建 ：沉降量的考虑；储罐抗震措施。
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⑿设备管口荷载及预焊件条件 — 供设备专业校核 局部应力和设计用 设备管口承载能力表
插图
⒀编制弹簧架采购MR文件及弹簧架技术数据表 — 选型、荷载、位移
串联 — 按最大荷载选弹簧
位移按最大位移量分配
并联 — 选同型号弹簧、荷载平均分配
荷载变化率 — 国标≤25％（可改变）
(8)夹套管 b）端部强度计算 管端结构
c）内部导向翼板位置确定
⑼ 往复式机泵动力分析
安全阀与爆破片
⑽ 安全阀，爆破膜泄放反力计算(见标准计算程序)
ANSI/B 31.1(气体)；API RP 520(气体、气混)
⑾结构，荷载条件： F≥1000Kgf，M≥750Kgf × Bf Bf — 梁翼缘宽度。

不均匀材料中由于各向异性引起内应力的情况如图所示。
左图为拉伸至一定的应变水平后卸载，因为E不同、σs不同 、n不同所造成的结果。 右图为拉伸至一定的应力水平后卸载，因为E不同、σs不同 、n不同及εp所造成的结果。
造成材料不均匀变形的原因主要有：
i)冷热变形时沿截面弹塑性变形不均匀； ii)工件加热、冷却时不同区域的温度分布不均匀，导致
热胀冷缩不均匀； iii）热处理时不均匀的温度分布引起相变过程的不同时
性。
二、X射线应力测定的基本原理
X射线应力测定——用X射线衍射技术来测定材料中 的残余应力（或外载应力）
优点：①属于物理方法，不改变原始的应力状态。 ②理论严谨。 ③方法成熟。
缺点：①测定的是表面应力。 ②对材料的表层状态比较敏感。
关于残余应力的基本概念 和X射线应力测定的基本原理
绍兴文理学院 张定铨
从事X射线应力测定工作所需要的基础知识包括：
（一）力学基础知识 （二）金属材料基础知识 （三） 金属物理基础知识 （四） 工程实践知识
一、残余应力的基本概念 １、定义
内应力：没有外力或外力矩作用而在物体内部存在并自身保持平衡的应力。
ii)衍射园锥
图5法线园锥和干涉园锥形成的示意图
法线园锥： 由有利位向的晶粒中能产生干
涉的、指数为（hkl）的晶面法线 形成，园锥的顶角为2η。，η。 为入射线（或衍射线）与晶面法线 之间的夹角。
干涉园锥： 由从上述（hkl）晶面产生的干涉 线形成，该园锥的顶角为4η。
iii)入射线、衍射线、晶面法线和材料表面法线间的角度关系
2、产生
残余应力是材料中发生了不均匀的弹性变形或不均 匀的弹塑性变形而引起的，或者说是材料的弹性各向异 性和塑性各向异性的反映。

用热作用对残余应力进行去除和调整
实际上，研究应力 松弛时，若弹性的初 期应力为 et ( e Et ) ，则Z时间后的松弛应
力 etz可按下法取得
。首先把试样放入炉 中加热到温度t。到温 度t开始先附加小应力 ， A以后再把载荷慢慢 地附加上去。
图6.4 温度t时应力和应变的关系
用热作用对残余应力进行去除和调整
6.1 残余应力概论 6.2 残余应力的测试方法 6.3 残余应力对材料的力学性能的影响
6.1 残余应力概论
6.1.1 残余应力的产生 6.1.2 残余应力的调整与消除
•
残余应力的产生
1、残余应力的产生原理 2、残余应力的分类 3、残余应力产生的原因
1、残余应力的产生原理
定义
残余应力是在无外力的作用时，以平衡状态存在于物 体内部的应力。
e e Eet , et e Et
按照上式在温度t时的应力则为：
当温度上升若有塑性变形发生时,这时的应 力即为:
此应力在冷却到20℃时则成为如下形式(为 松弛后的常温应力值 ):
et e (Et / E20 )
etz ( e bz ) Et ez Et ez ( e bz ) E20 ez E20
用机械作用去除和调整残余应力
4 表面加工调整残余应力
对于进行了拉拔或轧制的棒或板，一 般在其外表面都要呈现出显著的拉伸 残余应力。为了消除这种应力，并赋 予表面以压缩残余应力，可进行挤光 加工、表面压延、喷丸处理、二次拉 拔等表面加工。
6.2 残余应力测量方法
残余应力测量方法
物理法或是物理化 学法
X射线衍射法 拉曼散射法
磁性法 超声波法 热评估法 电阻法 硬度法 固有应变方法 脆性涂料法 光学法 同位素法 化学浸蚀法

• 将水重和管重的法向分力视为均布荷载，则钢管的受力与多跨连续梁类似，其变 形以弯曲为主，并在管壁上产生弯曲正应力与剪应力。在均布荷载作用下，管壁 横断面上任意一点的轴向应力为 :
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• 式中 ，
，薄壁圆环惯性矩 。
• 在管顶和管底，θ=0°和180°，y=±D/2 ， σx1最大.
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二、管身应力分析和结构设计 • 钢管支承在一系列支墩的直线管段在法向力的作用下，相当于一根连续梁。支墩 处设有支承环，由于抗外压需要，支承环之间有时还加有刚性环(加劲环)。 • 计算跨选取:一般情况下，最后一跨的应力最大。
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• 计算断面选取: • 支承在一系列支墩上的直管段在法向力的作用下类似一根连续梁。根据受力特点，
界压力 为 Pcr
3 r3
Ecr3 12(1
2
)
(1
2E
2
)
D
3
•
（8
-32）
•
引
入
安
全
系
数
K
，
要
求
：
P
cr≥D
K
P。
• 取K=2.0，P=0.1MPa（一个13大0 气压），钢材
的弹性模量E=2×10第354页M/共P72a页，略去μ²，则得到光
（三）、加劲钢管的外压稳定
•按
求出的管壁厚度太大，如果D=650cm，则要求：δ≥50 mm，加工困难，因此可采用在管壁上增
•
（８－３４）
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2．加劲环断面的外压稳定
• 设置加劲环的钢管，加劲环断面必须满足两个要求：(1) 加劲环断面本身不失稳； (2) 加劲环断面的压应力小于材料的允许值。

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• 1、固定ψ法： • ① 衍射仪进行常规对称衍射，计数管与试样以2:1角速度转动，则衍射峰对应衍射
晶面‖试样面，即ψ ＝0。
• ② 试样绕衍射仪轴单独转动 ψ角，再进行2θ/θ扫描测量，衍射面法线与试样面法 线夹角即为转过的ψ角。
“固定ψ法”：
通过衍射几何条件的设置，
直接确定和改变衍射面ψ方
KM
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固定ψ
• （2）sin2ψ法： • 2θφψ测量会有偶然误差，用两点法影响精度，可取几个ψ方位测量（n＞4），如：
0º、15º、30º、45º。
• 由此得直线方程：
M
2 sin2
2i 2 0 M sin2 i
• 再用最小二乘方法，求出2θφψ－sin2ψ直线斜率M。 第23页/共31页
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• 须将εφψ用衍射角θ表达，以得测定宏观应力实用
公式。
• 由布拉格方程微分式：
d cot 0 当Δλ＝0
d
• 因无应力时d，衍射co角tθ≈0 (θ20， 2 0)
d
2
1 (2 2 0)
2
则
•
将
此式对
s
i
n 2 ψ 求c导ot，
得0
2
sin2
2 sin2
代入
a）同倾法，b）侧倾法
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同倾法
• 同倾法衍射几何特点：测量方向平面和扫描平面重合。
• 测量方向平面：试样面法向 0N 与待测应力σφ构成平面。 • 扫描平面：入射线、衍射面法线(ON)及衍射线所在平面。
• 确定ψ方位的两种方式： 1）固定ψ法； 2）固定ψ0 法。
测量方向 平面

霖谆霍例涵砚跺掏猖吴倪廉磕姜咆甲涕肤檬施碳陋蚂苟昼溅讽堕讹增沤锣第10讲残余应力ppt第10讲残余应力ppt
变形程度和残余应力能量的关系曲线 1.第一、第二及第三种残余应力总能的变化曲线；2.第一种残余应力能量变化曲线；3.第二及第三种残余应力总能量变化曲线
泄峙蓬鬃歼椎咐素惮甸焊况惹瓦盆牌验怀疡水五脱续祈到先夺雷咬苇尘舱第10讲残余应力ppt第10讲残余应力ppt
第五章 塑性变形的不均匀性
主要内容 Main Content 变形不均匀的基本概念 变形不均匀的原因 减小变形不均匀的措施 残余应力
蔑柏肛褒抹基幌肋内寿半惟哭染壮矽诗越坤累季睛已步刮龄诡浙缠吩走准第10讲残余应力ppt第10讲残余应力ppt
5.4 残余应力
残余应力的概念 变形条件对残余应力的影响 残余应力引起的后果 减小残余应力影响的措施 残余应力的测定方法
变形与钻孔横断面积关系
买债唐杀匝踌兵滓粱丰靡殃厌吏畔碾震妄荧忻困介寝毡坎器羚御隘饥足缮第10讲残余应力ppt第10讲残余应力ppt
纵向应力 切向应力 径向应力 式中
F
阜斧恕炔炊啄谅睁缕挂陡叼库宣湾苇录室夯娩撩复杨貉桅垢会曼茨威篙聊第10讲残余应力ppt第10讲残余应力ppt
变形条件对残余应力的影响
残余应力与附加应力一样也同样受到变形条件的影响。其中主要是变形温度、变形速度、变形程度、接触摩擦、工具和变形物体形状等等。
锨娠展惯维彬殖位浩尾给芦侥蚕舱蒜廷翘券潞司深疙塔悍侮擦瑞找谜风谴第10讲残余应力ppt第10讲残余应力ppt
变形温度
在确定变形温度的影响时应注意到在变形过程中是否有相变存在。若在变形过程中出现双相系时，将会引起第二种附加应力的产生，从而使残余应力增大。 但在一般情况下，当变形温度升高时，附加应力以及所形成的残余应力减小。温度降低时，出现附加应力和从而出现残余应力的可能增大。因此，即使是对单相系金属也不允许将变形温度降低到某一定值以下。 在变形过程中温度的不均匀分布是产生极大附加应力的一个原因，自然也是产生极大残余应力的一个原因。如果变形过程在高于室温条件下完成时，具有某一数值的残余应力时，则此残余应力会因物体冷却到室温而增加。