薄膜應力由于要滿足平衡外載荷的要求,只要在壓力作用下的地方都會有薄膜應力,并且隨著壓力的增大而增大。因此,薄膜應力的作用范圍遍布于整個殼體,不具有自限性。薄膜壓力容器的大部分區(qū)域為薄膜應力區(qū),薄膜應力是影響壓力容器整體強度的主要應力成分。因此,壓力容器常規(guī)設計(按規(guī)則設計)中,強度條件是根據(jù)薄膜應力來建立的,將殼體大部分區(qū)域限制在彈性變形的范圍內(nèi),以保證壓力容器運行的安全性。
在邊緣影響區(qū),薄膜應力與邊緣應力屬于同一數(shù)量級,有時邊緣應力還具有較高的數(shù)值,與薄膜應力相比,邊緣應力具有局部性和自限性,使壓力容器直接發(fā)生破壞的危險性減小。所以,從設計角度看,控制邊緣應力關(guān)鍵不在如何用繁雜的有力矩理論計算應力的大小,而是應用邊緣應力的基本概念在結(jié)構(gòu)上做出改進,從而使邊緣應力大大減小,甚至完全消失。
對于大多數(shù)由塑性較好的材料(如低碳鋼、奧氏體不銹鋼等)制成的壓力容器,承受靜載荷作用,進行容器結(jié)構(gòu)設計時經(jīng)常采用以下措施:避免殼體經(jīng)線曲率的突然變化,以保持幾何形狀的連續(xù),直線與曲線連接時增加必要的過渡圓弧;使焊縫盡量避開邊緣應力作用區(qū);盡量不采用不等壁厚的焊接,不可避免時,增加過渡段;有必要時在邊緣應力作用區(qū)設置局部加強段或加強圈;避免邊緣區(qū)附加局部應力或產(chǎn)生應力集中;采用適當?shù)臒崽幚恚M一步改善材料的塑性。
對塑性較差的高強度鋼制造的壓力容器、低溫下鐵素體鋼制的壓力容器、受疲勞載荷作用的壓力容器,如果邊緣應力過高,在邊緣高應力區(qū)有可能導致脆性破壞或疲勞破壞,因此必須計算其邊緣應力,并采取相應的控制措施。