第3-4章 内压薄壁容器设计.ppt

第3章 内压薄壁容器的应力分析 一、薄壁容器设计的理论基础 　（一）薄壁容器 根据容器外径DO与内径Di的比值K来判断， （二）圆筒形薄壁容器承受内压时的应力 只有拉应力无弯曲 “环向纤维”和“纵向纤维”受到拉力。 sm 圆筒母线方向(即经向)拉应力， sθ 圆周方向的拉应力。 （三）圆筒的应力计算 1. 经向应力　 2. 环向应力 分析： （1）薄壁圆筒受内压环向应力是轴向应力两倍。 问题a：筒体上开椭圆孔，如何开？ 分析： 问题b：钢板卷制圆筒形容器，纵焊缝与环焊缝哪个易裂？筒体纵向焊缝受力大于环向焊缝，故纵焊缝易裂，施焊时应予以注意。 （2）分析上式可知， 二、无力矩理论基本方程式 （一）基本概念与基本假设 1． 基本概念 （1） 旋转壳体 ：壳体中间面（等分壳体厚度）是任意直线或平面曲线作母线，绕其同平面内的轴线旋转一周而成的旋转曲面。 （2） 轴对称 壳体的几何形状、约束条件和所受外力都是对称于某一轴。 化工用的压力容器通常是轴对称问题。 （3）旋转壳体的几何概念 母线与经线 法线、平行圆 第一曲率半径：经线曲率半径 第二曲率半径：垂直于经线的平面与中间面相割形成的曲线BE的曲率半径 2． 基本假设 假定壳体材料有连续性、均匀性和各向同性，即壳体是完全弹性的。 　　(1)小位移假设 　各点位移都远小于厚度。可用变形前尺寸代替变形后尺寸。变形分析中高阶微量可忽略。 　　(2)直法线假设 　变形前垂直于中面直线段，变形后仍是直线并垂直于变形后的中面。变形前后法向线段长度不变。沿厚度各点法向位移相同，厚度不变。 　　(3)不挤压假设 　各层纤维变形前后互不挤压。与平面同 （二） 无力矩理论基本方程式 无力矩理论是在旋转薄壳的受力分析中忽略了弯矩的作用。 此时应力状态和承受内压的薄膜相似。又称薄膜理论 三、基本方程式的应用 1．圆筒形壳体 第一曲率半径R1=∞， 第二曲率半径R2=D/2 2．球形壳体 　球壳R1＝R2=D/2，得： 3．圆锥形壳体 圆锥形壳： 半锥角为a， A点处半径为r， 厚度为d， 则在A点处： 4．椭圆形壳体 四、边缘应力 无力矩理论忽略了剪力与弯矩的影响，可以满足工程设计精度的要求。 但对图中所示的一些情况，就须考虑弯矩的影响。 相邻两段性能不同（或所受温度或压力不同） →两部分变形量不同（相互约束） →产生剪力与弯矩 以筒体与封头联接为例，边缘应力数值很大，有时导致容器失效，应重视。 边缘应力具有局限性和自限性两个基本特性： 1．局限性—— 大多数都有明显的衰减波特性，随离开边缘的距离增大，边缘应力迅速衰减。 2．自限性—— 弹性变形相互制约，一旦材料产生塑性变形，弹性变形约束就会缓解，边缘应力自动受到限制，即边缘应力的自限性。 塑性好的材料可减少容器发生破坏。 局部性与自限性，设计中一般不按局部应力来确定厚度，而是在结构上作局部处理。 但对于脆性材料，必须考虑边缘应力的影响。 第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 一、筒体强度计算 (一) 焊接接头系数 (二)容器内径 (三)壁厚 另一种情况： 二、球壳强度计算 三、设计参数的确定 厚度设计参数按GBl50-1998中规定取值。 设计压力、 设计温度、 许用应力、 焊接接头系数 厚度附加量等参数的选取。 （一）设计压力（计算压力） 设计压力:相应设计温度下确定壳壁厚度的压力，亦即标注在铭牌上的容器设计压力。其值稍高于最大工作压力。 最大工作压力：是指容器顶部？在工作过程中可能产生的最高压力（表压）。 使用安全阀时设计压力不小于安全阀开启压力或取最大工作压力1.05～1.10倍； 使用爆破膜根据其型式，一般取最大工作压力的1.15～1.4倍作为设计压力。　 容器内盛有液体，若其静压力不超过最大工作压力的5％，则设计压力可不计入静压力，否则，须在设计压力中计入液体静压力。 此外，某些容器有时还必须考虑重力、风力、地震力等载荷及温度的影响，这些载荷不直接折算为设计压力，必须分别计算。 （二）设计温度 选择材料和许用应力的确定直接有关。 设计温度指容器正常工作中，在相应的设计条件下，金属器壁可能达到的最高或最低温度。 器壁温度通过换热计算。 不被加热或冷却，筒内介质最高或最低温度。 用蒸汽、热水或其它载热体加热或冷却，载体最高温度或最低温度。 不同部位出现不同温度分别计算 （三）许用应力 许用应力是以材料的各项强度数据为依据，合理选择安全系数n得出的。 抗拉强度、屈服强度，蠕变强度、疲劳强度。取其中最低值。 当设计温度低于0℃时，取20℃时的许用应力。 （四）焊接接头系数 焊接削弱而降低设计许用应力的系数。 根据接头型式及无损检测长度比例确定。 （五）厚度附加量 满足