第4章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计要点解析.ppt

作 业 一、课堂作业 第二大题A组 第三大题 二、课外作业 第四大题A组5小题，B组1小题 结论：当椭球壳的长短半轴 a/b＞2时，椭球壳赤道上出现很大的环向应力，其绝对值远大于顶点的应力，从而引入形状系数K。（也称应力增加系数） 标准椭圆封头K=1（a/b=2）,计算厚度公式为 椭圆封头最大允许工作压力计算公式 GB150-1998规定 椭圆形封头标准为JB／T4737—95 K ≤ 1 时， e δ ≥ 0.15% i D K ＞ 1 时， e δ ≥ 0.30% i D 碟形封头的组成 三、碟形封头 图4-5 碟形封头 形状系数 计算厚度公式 GB150-1998规定 标准碟形封头计算厚度公式 M ≤ 1.34 时， e δ ≥ 0.15% i D M ＞ 1.34 时， e δ ≥ 0.30% i D 广泛应用于许多化工设备的底盖，它的优点是便于收集与卸除这些设备中的固体物料。此外，有一些塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来，这时的锥形壳体称为变径段。 锥形封头厚度计算公式 Dc 锥壳大端直径 四、锥形封头 是常用的一种封头。其几何形状有圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，最常用的是圆形平板封头。 在各种封头中，平板结构最简单，制造就方便，但在同样直径、压力下所需的厚度最大，因此一般只用于小直径和压力低的容器。 但有时在高压容器中，如合成塔中也用平盖，这是因为它的端盖很厚且直径较小，制造直径小厚度大的凸形封头很困难。 五、平板封头 平板封头厚度设计公式 平板封头的计算厚度 mm 计算直径 mm 计算压力 MPa 焊接接头系数 结构特征系数 材料在设计温度下的许用应力 MPa 第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 教学重点： 内压薄壁圆筒的厚度计算 教学难点： 厚度的概念和设计参数的确定 根据薄膜理论进行应力分析，确定薄膜应力状态下的主应力 根据弹性失效的设计准则，应用强度理论确定应力的强度判据 对于封头，考虑到薄膜应力的变化和边缘应力的影响，按壳体中的应力状况在公式中引进应力增强系数 根据应力强度判据，考虑腐蚀等实际因素导出具体的计算公式。 内压薄壁圆筒与封头的强度设计公式推导过程 容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点，容器即告失效(失去正常的工作能力)，也就是说，容器的每一部分必须处于弹性变形范围内。 保证器壁内的相当应力必须小于材料由单向拉伸时测得的屈服点。 第一节强度设计的基本知识 一、关于弹性失效的设计准则 1、弹性失效理论 为了保证结构安全可靠地工作，必须留有一定的安全裕度，使结构中的最大工作应力与材料的许用应力之间满足一定的关系，即 —— 相当应力，MPa，可由强度理论确定 —— 极限应力，MPa，可由简单拉伸试验确定 —— 安全裕度 —— 许用应力,MPa 2、强度安全条件 径向应力 二、强度理论及其相应的强度条件 1、薄壁压力容器的应力状态 图4-1 应力状态 第一强度理论 （最大主应力理论） 第三强度理论 （最大剪应力理论） 强度条件 强度条件 适用于 脆性材料 适用于 塑性材料 2、常用强度理论 第四强度理论 （能量理论） 强度条件 适用于 塑性材料 第二强度理论（最大变形理论）与实际相差较大，目前很少采用。 压力容器材料都是塑性材料，应采用三、四强度理论， GB150-98 采用第三强度理论. 考虑实际情况，引入pc等参数 考虑介质 腐蚀性 考虑钢板厚度 负偏差并圆整 第二节内压薄壁圆筒壳体与球壳的强度设计 一、强度设计公式 1、内压薄壁圆筒 强度校核公式 最大允许工作压力计算公式 1、当筒体采用无缝钢管时，应将式中的Di换为D0 2、以上公式的适用范围为 3、用第四强度理论计算结果相差不大 公式的适用范围为 2、内压球形壳体 工作压力 指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 设计压力 指设定的容器顶部的最高压力，它与相应设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。 计算压力 指在相应设计温度下，用以确定壳体各部位厚度的压力，其中包括液柱静压力。 计算压力pc=设计压力p+液柱静压力 二、设计参数的确定 1、压力 表4-1 设计压力与计算压力