第六章内压薄壁圆筒及封头的强度设计选读.ppt

根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着最大拉应力所在的截面发生脆性断裂，也就是说，不论在什么样的应力状态下，只要三个主应力中最大拉应力σ1达到了 材料的极限应力，材料就发生破坏； 强度条件： 在17世纪提出，最早的强度理论，也称为最大拉应力理论； 只适用于脆性材料。 认为材料沿最大主应力方向破坏并不是由最大主应力达到某一极限值所引起的，而是由于最大拉伸应变达到某一极限所引起的； 也称为最大主应变理论； 因为应变难以测量，因此第二强度理论用得不多。 根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着最大剪应力所在的截面滑移而发生流动破坏； 不论在什么样的应力状态下，只要最大剪应力达到了材料的极限值，就会引起材料的流动破坏； 强度条件： 也称为最大剪应力理论。 根据：不论在什么样的应力状态下，只要构件内一点的形状改变比能达到了材料的极限值，就会引起材料的流动破坏； 形状改变比能：随着弹性体发生变形而积蓄在其内部的能量，如拉满的弓、机械表的发条被拧紧时； 强度条件： 也称为形状改变比能理论。 若基于内径： 所需的壁厚是相同压力、直径圆筒的一半，但在实际中，为了减少边缘应力，往往采取与圆筒相同的厚度； 半球形封头多用于压力较高的贮罐上； 制造方法： GB还规定：标准椭圆形封头的有效壁厚应不小于内直径的0.15%，其它椭圆形封头壁厚应不小于其内径的0.30%，为什么？ 6.3内压圆筒封头的设计 锥形封头广泛应用于许多化工设备(如蒸发器、喷雾干燥器、结晶器及沉降器等)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，这时的圆锥形壳体称为变径段。 锥形封头分为无折边锥形封头和带折边锥形封头两种。 6.3内压圆筒封头的设计 6.3内压圆筒封头的设计 1、受内压无折边锥形封头 （1）、锥壳大端连接处的厚度（适用于锥壳半顶角α≤30o时） 首先判断是否需要加强（利用表4－15），若不需要加强，用4－27式计算；若需要加强，加强区的厚度用下式计算： （6－28） 加强区计算壁厚 6.3内压圆筒封头的设计 （2）锥壳小端连接处的厚度（使用锥壳半顶角α≤45o时） 首先由图4－17判断是否需要加强。 若不需加强，则由4－27式计算；若需要加强，则加强段的厚度由下式计算： （4－29） 6.3内压圆筒封头的设计 2、受内压折边锥形封头 （1）锥壳大端（适用α≥30o时，r＝max{10%Di，3S}） ①过渡段厚度： （4－30） ②与过渡段相连处的锥壳厚度： （4－31） 6.3内压圆筒封头的设计 折边锥壳大端厚度按上述两式计算，取较大值。 （2）锥壳小端 α≤45o，小端过渡段厚度按4－29式计算，式中的Q值由图4－18查取。 α＞45o，小端过渡段的厚度按4－29式计算，式中Q值由图4－19查取。 与过渡段相接的锥壳和圆筒的加强段厚度应与过渡段厚度相同。 6.3内压圆筒封头的设计 标准带折边锥形封头有半顶角为30度及45度两种。锥体大端过渡区圆弧半径r＝0.15Di。 4.3.6平板封头 平板封头是化工设备常用的一种封头。平板封头的几何形状有圆形、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。 6.3内压圆筒封头的设计 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。 设计公式是半经验公式，推导不要求。 [σ]t—材料在设计温度下的许用应力，Mpa。(计算预紧状态时，[σ]t为常温的许用应力) 试通过比较确定例题2所给容器的封头结构形式与厚度。该容器计算压力pc=0.43MPa，设计温度t=70℃，筒体内径Di=1000mm，壁厚6mm，材料为16MnR，腐蚀裕量C2取2mm。 由于工艺操作方面对封头形状无特殊要求，因而主要应根据各种封头的受力情况和制造难易程度来选择。 例题3 解 标准椭圆形封头的厚度按式(3-41)计算(其中封头采用整体冲压，无焊缝，即焊接接头系数φ取1.0) 考虑腐蚀裕量C2 后的设计厚度 同例题2，该标准椭圆形封头的名义厚度取6mm。 球冠形封头、锥壳存在较大的边缘应力，而平盖厚度较大，故都不宜选用；半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大，制造较难，中低压设备不宜采用；碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，适合于加工，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；相比较而言，标准椭圆形封头制造