压力容器设计技术进展.ppt

第一节近代化工容器设计技术进展概述

第二节化工容器的应力分析设计第六章压力容器设计技术进展第二节化工容器的应力分析设计

分析设计方法概述

容器的应力分类

分析设计法对各类应力强度的限制

应力分析设计的程序及应用第六章压力容器设计技术进展12一、分析设计法概述以上各章所述的容器设计方法都基于弹性失效设计准则，将容器中最大应力限制在弹性范围内可保证安全。这种“规则设计”方法对设计的容器基本上是安全的，主要着眼于限制容器中的最大薄膜应力或其他由机械载荷直接产生的弯曲应力及剪应力等。这种方法仍是现今设计规范的主流。但应当看到，这种设计方法对容器中的某些应力，例如结构不连续应力，开孔接管部位的集中应力等并不逐一进行强度校核，特别是当载荷(压力或温度)有交变可能引起结构的疲劳失效时也未对这些应力进行安全性校核。第二节化工容器的应力分析设计一、分析设计法概述随着技术的发展，核容器和大型化的高参数化工容器的广泛使用，工程师们逐步认识到各种不同的应力对容器的失效有不同的影响。应从产生应力的原因、作用的部位及对失效的影响几方面将容器中的应力进行合理的分类，形成了“应力分类”的概念和相应的工程设计方法。按不同类别的应力可能引起的失效模式建立起弹性失效、塑性失效、弹塑性失效及疲劳失效的设计与校核方法，并给出不同的应力限制条件。这就是应力分析设计的总体思想。这套方法的基础首先要对容器中关键部位逐一进行应力分析，然后才能进行应力分类。第二节化工容器的应力分析设计一、分析设计法概述(一)容器的载荷与应力(1)由压力载荷引起的应力由内外介质均布压力载荷在回转壳体中产生的应力。可依靠外载荷与内力的平衡关系求解。在薄壁壳体中这种应力即为沿壁厚均匀分布的薄膜应力，并在容器的总体范围内存在。第二节化工容器的应力分析设计厚壁容器中的应力是沿壁厚呈非线性分布状态，可以分解为均布分量和非均布分量。一、分析设计法概述(一)容器的载荷与应力(2)由机械载荷引起的应力压力以外的其他机械载荷(如重力、支座反力、管道的推力)产生的应力。这种应力虽求解复杂，但也是符合外载荷与内力平衡关系的。这类载荷引起的应力往往仅存在于容器的局部，亦可称为局部应力。风载与地震载荷也是压力载荷以外的其他机械载荷，也满足载荷与内力的平衡关系，但作用范围不是局部的，而且与时间有关，作为静载荷处理时遍及容器整体，是非均布非轴对称的载荷。第二节化工容器的应力分析设计一、分析设计法概述(一)容器的载荷与应力(3)由不连续效应引起的不连续应力——以下三种情况均会产生不连续应力：①几何不连续(如曲率半径有突变)；②载荷不连续；③材质不连续。例如夹套反应釜的内筒在与夹套相焊接的地方就同时存在几何不连续与载荷不连续(实际上还有轴向温度的不连续)。结构不连续应力不是由压力载荷直接引起的，而是由结构的变形协调引起的，在壳体上的分布范围较大，可称为总体不连续应力。其沿壁厚的分布有的是线性分布有的也呈均布的。第二节化工容器的应力分析设计一、分析设计法概述(一)容器的载荷与应力(4)由温差产生的热应力：壳壁温度沿经向(轴向)或径向(厚度方向)存在温差，便引起热膨胀差，通过变形的约束与协调便产生应力，这就是温差应力或称热应力。引起热应力的“载荷”是温差，温差表明该类载荷的强弱，故称为热载荷，以区别于机械载荷。热应力在壳体上的分布取决于温差在壳体上的作用范围，有的属于总体范围，有的是局部范围。温差应力沿壁厚方向的分布可能是线性的或非线性的，有些则可能是均布的。第二节化工容器的应力分析设计一、分析设计法概述(一)容器的载荷与应力(5)由应力集中引起的集中应力：容器上的开孔边缘、接管根部、小圆角过渡处因应力集中而形成的集中应力，其峰值可能比基本应力高出数倍。数值虽大，但分布范围很小。应力集中问题的求解一般不涉及壳体中性面的总体不连续问题，主要是局部结构不连续问题，并依靠弹性力学方法求解。实际很难求得理论的弹性解，常用实验方法测定或采用数值解求得。第二节化工容器的应力分析设计一、分析设计法概述(二)应力分析设计中的术语：(1)薄膜应力(Membranestress)：是沿截面厚度均匀分布的应力成分，其等于沿所考虑截面厚度的应力平均值。(2)弯曲应力(Bendingstress)：是法向应力沿截面厚度上的变化分量。沿厚度的变化可以是线性的，也可以不是线性的。最大值发生在容器的表面处，设计时取最大值。分析设计的弯曲应力是指线性的。(3)法向应力(Normalstr