试件丧失抵抗变形的能力
开始发生塑性变形
抗拉强度σb
试件能承受的最大应力
最终拉断时的应力 （出现缩颈现象）
虎克定律σ＝Es E：材料弹性模数 s：应变
6
6－2 金属机械性能（3）－冷态（2）
延伸率δ
拉伸试验中试件断裂时的相对伸长量与原始长度之比 （产生塑性变形的能力）
断面收缩率ψ
拉伸试验中试件断裂时断面缩小值与原有截面之比 （产生塑性变形的能力）
最大拉应力理论
只要最大拉应力达到极限值，就会发生脆性断裂
最大伸长线应变理论（用于混凝土）
只要最大伸长线应变达到极限值，就会发生脆性断裂
最大剪应力理论 形状改变比能理论
锅筒，集箱，管子，管道
只要最大剪应力达到极限值，就发生屈服破坏
只要形状改变比能达到极限值，就发生屈服破坏
13
6－3 安全系数与许用应力
6－2 金属机械性能（5）－热态（1）
温度升高 （低温区） 抗拉强度升高 塑性下降
时效硬化
（蓝脆性）
温度升高，σs降低 高温没有屈服平台
9
6－2 金属机械性能（6）－热态（2）
蠕变
高温 应力 室温下也会有蠕变 不同材料蠕变曲线不同 同材料不同温度和应力蠕变曲线不同
塑性变形随时间延长而不断加大
弹性变形期oa 蠕变减速期ab 蠕变等速期bc 蠕变加速期cd
c1：腐蚀减薄的附件壁厚 c2：钢板或钢管的壁厚负偏差 c3：卷板的工艺减薄值
1 2 [ ]
17
6－4 圆筒形元件强度计算（4）
壁厚计算使用范围
对筒体外径和内径比值的限制 对筒体椭圆度的限制 对不等壁厚筒体联接过渡段梯度的限制
18
6－4 圆筒形元件强度计算（5）
允许压力计算（校核计算）
6－1 概述（2）
受压元件特点
经常处于高温高压
塑性，蠕变，脆性，下，不发生破坏（失效）能力
强度计算目的 合理选用钢材（保证安全＋节省钢材）
合理设计锅炉
合理运行方式
强度计算任务
设计计算：工作压力＋壁温＋钢材＋结构 校核计算：材料＋结构 允许压力 壁厚
冲击值αk
试件破坏时单位面积所需消耗的能量 （抵抗冲击载荷的能力，韧性或脆性）
7
6－2 金属机械性能（4）－冷态（3）
应力集中
金属材料在断面突变的部位，局部区域的应力明显超过平均值
应力集中系数
最大应力σmax与平均应力σ0之比
局部屈服
σmax大于σs，最大应力点局部屈服
（不会使材料破坏）
8
第六章 受压元件强度计算
1
6－1 概述（1）
锅筒，集箱，管子
受压元件
承受内压力（工质压力）以及附加载荷的汽水系统元件
工质压力 正常运行时稳定的工作压力
锅炉启停过程中压力的升降 水压试验过程中压力的变化
附加载荷 均匀外载（元件自重，工质重量）
局部集中外载（支撑，拉撑和悬挂） 热应力和腐蚀介质
2
10
6－2 金属机械性能（7）－热态（3）
蠕变极限 持久强度σD
考虑变形
某温度下在指定工作期间内引起允许总应变的应力
考虑破坏，与抗拉强度和屈服极限组成基本指标
某温度下经历指定工作期限后不引起蠕变破断的最大应力
疲劳
承受周期重复应力时在低于抗拉强度甚至屈服极限载荷下损坏
疲劳极限σp
允许的一定次数重复应力循环作用下不使金属破坏的最大应力 11
许用应力
[σ]= η[σ]j
η：基本许用应力修正系数 [σ]j ：基本许用应力
基本许用应力[σ]j
j
t t b st D min , , n n n b s D
σbt&nb：抗拉强度及其安全系数（2.7） σst&ns：屈服强度及其安全系数（1.5） σDt&nD：持久强度及其安全系数（1.5） （P121更正为105小时）
σ1 >σ2 > σ3
15
6－4 圆筒形元件强度计算（2）
强度条件
max [ ]
受力分析
max
1 3 1 ( max min ) 2 2
[ ]
许用剪应力与单向拉伸的许用拉应力
[ ] 2
1 3 [ ]
1 2 [ ]
pDp 2S

16
6－4 圆筒形元件强度计算（3）
壁厚计算（设计计算）
理论计算壁厚 Sl
Sl PDn 2[ ] P
以外径表示 以内径表示
Sl
PDw 2[ ] P
最小需要壁厚Smin 实际选用壁厚S Smin 附加壁厚c＝c1＋c2＋c3
Smin＝Sl＋c （c:附加壁厚）
6－2 金属机械性能（1）
材料强度
承受一定形式的外力作用而不被破坏的能力
金属机械性能
承受某种形式的外力作用时所表现出的力学特性
弹性变形
载荷除去后即行消失的变形
塑性变形
载荷除去后并不消失而残留的变形
5
6－2 金属机械性能（2）－冷态（1）
弹性极限σd
弹性变形的极限点
屈服极限σs或σ0.2
6－2 金属机械性能（8）－强度理论（1）
破坏形式 脆性断裂
塑性屈服
强度理论 脆性断裂理论 最大拉应力理论 （第一强度理论）
最大伸长线应变理论（第二强度理论）
塑性屈服理论 最大剪应力理论（第三强度理论）
形状改变比能理论（第四强度理论）12
6－2 金属机械性能（9）－强度理论（2）
无论材料处于什么应力状态
3
6－1 概述（3）
强度计算标准
GB9222—88《水管锅炉受压元件强度计算》
JB3622—84《锅壳式锅炉受压元件强度计算》
《蒸汽锅炉安装技术监察规程》 《中低压锅炉焊接管孔尺寸》
强度控制原则
控制极限应力：内壁的最大应力（脆性材料） 控制极限载荷：工作压力小于极限压力（塑性材料）
4
14
6－4 圆筒形元件强度计算（1）
应力分析条件
两端封闭的没有减弱的薄壁容器（S<<D）
承受内压力的作用且主要产生轴向伸长和径向胀大的变形
破坏变形以塑性流动和剪切的破坏为主 按照切向σ1 、轴向σ2和径向σ3三种应力进行分析
应力分析结果
环向（切向）应力＝2×纵向（轴向）应力 管子裂口纵向，纵向焊缝更危险，环向孔排密集
以内径表示
P
2[ ]S y Dn S y
以外径表示
P
2[ ]S y Dw S y
有效壁厚Sy＝S－c
1 2 [ ]