第四章 内压薄壁容器的应力分析教学课件.ppt

第四章内压薄壁容器的应力分析概述1、强度设计的任务：内压容器的强度设计包含设备的壁厚设计和在用设备的强度校核两方面。1）设计型计算——根据给定的公称直径以及设计压力和温度，设计出合适的壁厚，以保证设备安全可靠。2）校核型计算——根据已有的设备公称直径以及工作压力和温度，判断设备的使用安全性。第一节强度设计的基本知识一、关于弹性失效的设计准则设计压力容器时，为了保证结构安全可靠的工作，必须留有一定的安全裕度，即强度安全条件：二、强度理论及其相应的强度条件借助于强度理论，将二向和三向应力状态转换成单向拉伸应力状态的相当应力，同时须解决两个问题：①??根据应力状态确定主应力；②??确定材料的许用应力。对承受均匀内压的薄壁容器，其主应力为：1）第一强度理论（最大主应力理论）及相应的强度条件第一强度理论认为在三向应力中，若最大应力小于许用应力，则安全。其强度条件为：3）第三强度理论（最大剪应力理论）及相应的强度条件第三强度理论认为最大剪应力（σ1-σ3）是引起材料屈服破坏的主要因素。其强度条件为：3）第四强度理论（形状改变比能理论）及相应的强度条件第四强度理论认为设备构件受外力产生弹性变形时物体内部也就积蓄了能量，即变形能。单位变形体体积内所积蓄的变形能称为变形比能。当构件变形比能达到材料的极限值时，会引起屈服破坏。其相应的强度条件：适用性：第一强度理论适用于脆性材料；第三、第四强度理论适用于塑性材料。第二节内压薄壁圆筒的强度计算一、强度计算公式1）圆柱筒体由薄膜应力理论可知，圆柱筒体上任一点处薄膜应力如下：σ1=σθ=pD中/2S，σ2=σm=pD中/4S，σ3=0由第三强度理论可得：σ1-σ3=pD中/2S 其安全条件为：考虑到计算的方便准确性，对上式应作如下修正：①工作压力p工作→p设计（由于实际操作中工作压力的波动，设计中应以工作压力乘以放大系数表示设计压力，并以设计压力作为设计壁厚的计算压力）④引入焊缝系数φ（对焊接制成的压力容器，考虑到焊缝处强度与整板强度的差异，用焊缝系数表示焊缝处强度与整板强度的比值，应以焊缝处的实际强度为评判是否安全的标准。）考虑到上述四个修正并算出S后，上述表达式演变为：此处S0为计算壁厚。同样，取第四强度理论的应力强度可得：采用无缝钢管作圆筒体时：其公称直径为钢管的外径。将D=D0-S代入S=pD/2[σ]t中，考虑焊缝φ=1，得到以外径为基准的公式：注意：以上各式适用范围是p≤0.4[σ]tφ，（即外径与内径之比K≤1.5）。对球形容器，在适用范围是p≤0.6[σ]tφ时，（即外径与内径之比K≤1.35），满足下式：二、设计参数的确定1设计压力设计压力pw---设定的容器顶部在工作中可能产生的最高表压力。工作压力p---容器工作时在最顶部可能实际出现的最高压力。计算压力pc---在相应的设计温度下用以确定壳壁厚度的压力，当容器内静压力小于计算压力的5%时，静压力忽略。设计压力可以认为=工作压力*系数。系数值与容器结构和安全防爆设施有关。3、许用应力许用应力是以材料强度的极限应力σ0为基础，并合理选择安全系数的结果，即：?（1）极限应力σ0的取法①对常温容器,实际中应采用的许用压力为下列二式中较小值:??②对中温容器,根据设计温度下材料的抗拉强度或屈服点确定许用压力,取下列二式中较小值:③对高温容器,考虑到材料的高温持久强度和蠕变强度的许用应力,当碳钢和低合金钢、合金钢、奥氏体不锈钢的设计温度分别超过420℃、450℃、550℃时，许用应力应取下列式中较小值：（2）安全系数的取法如何选择合理的安全系数时设计中比较复杂和关键的问题，因为它与下列因素有关：①?计算方法的准确性、可靠性和受力分析的精确程度。②??材料的质量和制造的技术水平。③??容器的工作条件的重要性和危险性。5、壁厚附加量壁厚附加量包括钢板或钢管厚度的负偏差C1和介质的腐蚀裕量C2，即C=C1+C2（1）钢板或钢管厚度的负偏差C1钢板或钢管的厚度负偏差，应按名义壁厚Sn选取。当钢板厚度负偏差不大于