ASME 第八卷 应力分类

应力lastic stress exceeds twice yield, with high membrane and high bending stress, then ratcheting with two sided yielding may occur. 如果弹性张力超过了两倍的屈服应力，并且有高的薄膜应力和高的弯曲 应力，那么拥有两个屈服水平线的棘轮效应将会发生。 Notice how the hysteresis loop progresses along the strain axis, a classic case of ratcheting. 注意：滞后回线是如何沿着应变轴发生的，这是一个著名的棘轮效应案 例。
冲击试验
• 断裂韧性：材料抵抗脆性断裂的能力 • 脆性断裂：较低温度、低于设计压力下发生、不产生屈服 直接断裂，完全失效。 • 脆性断裂就像扔下一块玻璃一样，直接碎开。 • • 脆性断裂产生的条件：
• 足够高的应力，可以产生裂缝，并且使裂缝生长。在当前 温度下，材料的断裂韧性足够低。对于应力集中发生时薄 弱的尺寸。 • 脆性断裂是瞬时发生的，没有前兆，但是后果往往很严重。
应力分类
Bree performed the original work to describe ratcheting phenomena. Bree演示了原始的工作状态去描述棘轮效应现象。 Developed diagrams relating the ratio of membrane and bending stress to cyclic response (shakedown or ratcheting). 以下图表关联了薄膜应力和弯曲应力的比率和周 期反应（镇静或者棘轮效应）
冲击试验
• • • • 将相同断裂韧性曲线的材料被组成一个组。 组A到组D都是断裂韧性值由最坏到最好。 指出几种常见的材料： 例如，未经过正火处理的SA-516 Gr.65 和70 是B组中的 材料； • 大多数管道，配件和锻造件都是B组中的。 • • 未经过正火处理的SA-516 Gr.55 和60是C组材料； • 然而当经过正火处理后SA-516的所有等级都是D组材 料。
冲击试验
• 碳钢、低合金钢 • 背景 • VIII-1卷在87A之前对于碳钢、低合金钢用于设计温度在20F（-29C）以上的容器可不做冲击试验。 • • 尽管运行记录表明按规范建造的容器是非常安全的，但脆 性破坏越来越引起重视。曾经发生过的少数脆性破坏大都 发生在水压试验过程中。 • • 现有的缺口韧性法则是以线性弹性断裂力学（LEFM）理论 为基础，并根据材料的试验结果建立的，同时，也广泛考 虑了好的经验、以及压力容器工业里脆性破坏的低发生率。
冲击试验
• 着重强调：相同的材料中低强度的等级的断裂韧性更 好。 • 正火处理会改善材料的断裂韧性。 • 传统的ASME的规范中的冲击试验要求： • 如果MDMT＜120°F，焊接尺寸超过4in的厚度，或者 非焊接的部分超过6in的厚度的地方。 • 当法兰的工作温度≥-20℃的时候，是不需要冲击试验 的。所以大多数法兰不需要冲击试验。 • 如果SMYS＞65ksi时，除非有特别要求免除，否则需要 进行冲击试验。
当分子间距离大于分子半径时，引力起主导作用； 当分子间距离小于分子半径时，斥力起主导作用。
材料分子间的作用力
碎玻璃拼在一起时，看似贴到了一起，其实分子 间的距离还是非常大的，大于10R0，因此分子间的引 力不能起作用，因此不能成为完好的一块玻璃。 因为气体分子几乎没有作用力，因此空气的作用 力不能说是克服分子间的斥力。 气体压强是由于分子在不停地做无规则运动时对 容器壁的碰撞而产生的，打气时，气筒里的气体越多， 分子个数越多，对容器壁的碰撞起频繁，产生的压强 越大，因此要费力。 当分子间距离增大时,斥力和引力是同时减小的, 但是斥力减小得更快,所以就表现出了引力相对斥力来 说是增大的! 专业的说就是: 当分子间距离大于分子半径时， 引力起主导作用。
应力分类
Ⅷ-2将零件中的应力分成三类：一次应力、二次应力、峰 值应力。 一次应力是由外载荷的作用产生的，它必须满足外载荷的
平衡条件。
它是非自限制性的，即如果一次应力超过屈服强度，结构 就 会 产生总体变形或失效。 一次应力可分为一次薄膜应力和一次弯曲应力。薄壁圆筒 中内压引起的经向应力和环向应力为一次应力。 一次薄膜应力又可分为两类：一次总体薄膜应力和一次局 部薄膜应力。 一次弯曲应力是沿厚度方向线性分布的应力，如在内压的 作用下的平封头和带法兰凸形封头中由弯矩产生过的应力。
应力分类
应力分类
应力达到A点，且不超过屈服应力，这时材料的变形属 于弹性变形。
应力分类
理论上，应力超过了材料的屈服极限后，会按照弹性变形原理延长 到A2点。但是在真实情况下，屈服发生在A点，然后材料即开始屈服， 并停止于B点（B点的位置取决于加载产生的应变大小）。材料在应 力卸载时，会沿着弹性变形的斜线直到所有应力被卸载。 当存在残余应力时，在往后的应力循环中，材料的应变将会在C点和 B点间循环。 注意：从0点到A2点的弹性应力等于从B点到C点卸载的应力。
应力分类
如果以弹性线性延长后的应力在A2点，超过了两倍的 屈服极限应力。那么，在一开始受到应力作用下，材 料弹性变形达到屈服极限A点，然后塑性变形至E点 （这里已经超过两倍屈服极限），但加载并未结束， 直到变形到B点结束，且不再存在残余应力。此应变 在应力卸载过程中弹性线性缩短到达C点，这时材料 存在压缩残余应力，最后塑性变形到达D点，此时卸 载结束。在再次受到载荷时，滞后回线D-E-B-C-D将会 重复出现，因此发生了一个交互的有塑性和弹性变形 的非棘轮效应。（棘轮效应，又称制轮作用，是指人 的消费习惯形成之后有不可逆性，即易于向上调整， 而难于向下调整。）Shakedown to elastic action with alternating plasticity PL+Pb+Q<3Smavg
冲击试验
• 冲击试验 • 如果要求进行冲击试验，UG-84规定了应该使用的程 序。应该假设要求进行冲击试验，除非在Subsection A 或C中找到了可以免除的依据。UG-84接着提到，试验 的程序和设备应符合SA-370的要求。 • 冲击式样 • 小截面式样的厚度见UG-84(c) • 图UG-84冲击式样（Charpy试验）
材料的许用应力
• 另外： • UG-45(c) ：接管剪切许用应力 = 接管抗拉许用应力 的70% • UW-15(c) ：焊缝的许用应力是容器材料许用应力的 百分之几： • 坡口焊缝抗拉许用应力 = 74% • 坡口焊缝抗剪许用应力 = 60% • 角焊缝抗剪许用应力 = 49% • 用于按UG-41的补强强度计算。
冲击试验
• 当计算的应力＜许用应力时，MDMT最小设计金属温 度会减小。 • PWHT焊后热处理可以减少MDMT达到30°F，假如 PWHT在规范中没有强制需要，而且MDMT得结果是55°F。 • 如果元件的厚度比计算的更厚，可以将MDMT标为通 过。（例如，计算应力＜需用应力 ）
冲击试验
描述几个材料组之间的关系， 组成厚度和最低设计金属温 度。 如果点在线上或者在曲线的 下方，那么材料是不需要进 行冲击试验的。（例如， MDMT≤CET） 如果不能免除冲击试验，那 么必须在CET温度下对材料 进行冲击试验。 免除意思是这里有足够的经 验证明材料有足够的断裂韧 性不需要进行进一步的试验。
应力分类
如果以弹性线性延长后的应力在A2点，超过了两倍的屈服极限应力。那么， 在一开始受到应力作用下，材料弹性变形达到屈服极限A点，然后塑性变形 至E点（这里已经超过两倍屈服极限），但加载并未结束，直到变形到B点结 束，且不再存在残余应力。此应变在应力卸载过程中弹性线性缩短到达C点， 这时材料存在压缩残余应力，最后塑性变形到达D点，此时卸载结束。在再 次受到载荷时，滞后回线D-E-B-C-D将会重复出现，因此发生了一个交互的有 塑性和弹性变形的非棘轮效应。（棘轮效应，又称制轮作用，是指人的消费 习惯形成之后有不可逆性，即易于向上调整，而难于向下调整。） Shakedown to elastic action with alternating plasticity PL+Pb+Q<3Smavg
应力分类
•If the elastic stress exceeds twice yield, with very high membrane stress and cyclic bending stress, then ratcheting with single sided yielding may occur. 如果弹性张力超过了两倍的屈服应力，并且有极高的薄膜应力和 周期弯曲应力，那么拥有一个屈服水平线的棘轮效应将会发生。
材料的许用应力
• VIII-1卷 • 对于第VIII卷来说，Section II Part D中的表1用于VIII-1卷、 表2用于VIII-2。 • 表1进一步分为两部分： • 表1A – 钢铁材料 • 表1B – 有色金属材料 • 对于铸铁（UCI）、球墨铸铁（UCD）和低温材料 （ULT），许用应力在VIII-1卷中，而不是Section II Part D。 • 使用此表时应注意以下两点： • 确认你所查阅的那一行在VIII-1卷一栏里没有“NP” （Not Permitted）字样。 • 确认已查阅过与VIII-1卷有关的注释。
冲击试验
• 影响断裂韧性的因素： • 它随温度、材料的化学成分和制造业、制造工艺儿变化。 • • 其他因素：电弧闪击，特别是修理过的区域，冷加工成型 的板材上的应力集中因素，划痕。 • • 夏比V型槽切口冲击试验是测量断裂韧性的最广泛的方法。
冲击试验
• ASME中需要评估断裂韧性的有： • 筒体、接管、人孔、管板、封头、法兰、补强圈、平盖封 头、条状垫板（在容器上的）、（焊接在容器上的完整的 受压的）附属元件。 • • ASME中包含了脆性断裂的评估过程 • MDMT：最低设计金属温度，即元件/构件有足够的断裂韧 性的最低温度。 • CET：Critical Exposure Temperature，薄膜应力产生的最小 温度。 • 区别：MDMT是物质特性，CET是环境因素。