压力容器应力分析分析.ppt

2、压力容器应力分析;回顾： (1)压力容器的特点 （应用的广泛性、操作的复杂性、严格的安全性） (2)压力容器的结构 （内件+外壳，筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、附件） (3)压力容器的分类 （压力大小、作用原理、安装方式、安全管理） (4)压力容器的标准规范 （ASME、JIS、欧盟、国标）;● 回转薄壳应力分析;2.1 概述;(2) 应力分析的方法 解析法或数值法: 即以弹性、塑性等板壳理论为基础的精确数学解或有限元法等数值解。 实验应力分析法： 包括电测法和光弹性法。对于复杂几何形状或受载条件的实际容器，它是一种有效的应力分析方法，也是验证解析解或数值计算结果的重要途径。;2. 2 薄壁圆筒的应力;基本假设 ;薄壳圆筒的应力;薄壳圆筒的应力（续）;薄壳圆筒的应力（续）;s;薄壳圆筒的应力（续）;;;第一主曲率半径R1：;第二主曲率半径R2：;同一点的第一与第二主曲率半径都在该点的法线上。 曲率半径的符号判别：曲率半径指向回转轴时，其值为正，反之为负。;;;无力矩理论与有力矩理论： 对于部分容器，在某些特定的壳体形状，载荷和支撑条件下，其弯曲内力与薄膜内力相比很小可以忽略不计，此时，壳体的应力状况仅由法向力Nφ Nθ决定，称为“无力矩理论”。 在壳体理论中，如果考虑横向剪力Q?和弯矩M?，M?，称为“有力矩理论”。 ;;;图2-5 微元体;由图2.5c，经向内力在法线上的分量为： ;由图2.5d，周向内力在平行圆方向上的分量为： ;微体法线方向的力平衡;三、区域平衡方程（图2-6）;环带上产生的压力：;三、区域平衡方程（图2-6）（续）;2.5 无力矩理论的应用;◇分析几种工程中典型回转薄壳的薄膜应力：;一、承受气体内压的回转薄壳;（2-5）;将式（2-5）代入 式（2-3）得：;（2-5）;A、球形壳体;B、薄壁圆筒;C、锥形壳体;由式（2-9）可知：;D、椭球形壳体;推导思路：;;从式（2-10）可以看出：;②椭球壳应力与内压p、壁厚t有关，与长轴与短轴 之比a／b有关 a＝b时，椭球壳 球壳，最大应力为圆筒壳中 的一半， a／b ， 椭球壳中应力 ，如图2-9??示。;③椭球壳承受均匀内压时，在任何a／b值下， 恒为正值，即拉伸应力，且由顶点处最大值向赤道逐渐 递减至最小值。 当 时，应力 将变号。从拉应力变为压应力。 随周向压应力增大，大直径薄壁椭圆形封头出现局部屈曲。 措施：整体或局部增加厚度，局部采用环状加强构件。;④工程上常用标准椭圆形封头，其a/b=2。 的数值在顶点处和赤道处大小相等但符号相反， 即顶点处为 ，赤道上为 - ， 恒是拉应力，在顶点处达最大值为 。;二、储存液体的回转薄壳;;b. 球形壳体;;;比较式（2-12）和式（2-13）， 支座处(?=?0)：;三、无力矩理论应用条件;例1;有一压力容器，一端为球形封头，另一端为椭圆形封头，如图所示。已知圆筒的平均直径为D＝2000 mm，封头和筒体壁厚均为20 mm，充满了压力p＝2 MPa的气体，试确定： （1）筒身经向应力σφ和环向应力σθ； （2）球形封头的σφ 和σθ； （3）椭圆形封头a/b值分别为 、2、3 时， 封头的最大应力及其所在位置。;解：（1）筒身应力; （3）椭圆形封头应力;;;例3;解：;