壓力容器基本概念(上)ppt課件

精選ppt,1,壓力容器設(shè)計(jì)復(fù)習(xí),潘家禎華東理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,基本概念,精選ppt,2,第一章壓力容器設(shè)計(jì)概論,壓力容器設(shè)計(jì)復(fù)習(xí),精選ppt,3,第一章壓力容器設(shè)計(jì)概論,這一章內(nèi)容主要闡述了化工容器的特點(diǎn)，從安全性和經(jīng)濟(jì)性兩方面分析了設(shè)計(jì)壓力容器的基本要求，同時(shí)通過(guò)介紹壓力容器質(zhì)量保證體系這一重要概念，從而明確本課程的性質(zhì)、對(duì)象、范圍及方法。,精選ppt,4,第一章壓力容器設(shè)計(jì)概論,(1)明確本課程的主要任務(wù)和主要研究對(duì)象。(2)了解壓力容器的應(yīng)用特點(diǎn)和設(shè)計(jì)壓力容器的基本要求。(3)充分認(rèn)識(shí)壓力容器建立質(zhì)量保證體系的必要性并了解其基本內(nèi)容。(4)一般了解國(guó)內(nèi)外主要的壓力容器規(guī)范。,1.1基本要求,精選ppt,5,第一章壓力容器設(shè)計(jì)概論,1.2內(nèi)容要點(diǎn),(1)“壓力容器設(shè)計(jì)”的任務(wù)是研究容器在壓力、溫度和化學(xué)介質(zhì)等作用下的受力、變形和失效的規(guī)律，為合理設(shè)計(jì)容器截面形狀和尺寸提供有關(guān)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性分析和密封性的基本理論和方法。,精選ppt,6,第一章壓力容器設(shè)計(jì)概論,1.2內(nèi)容要點(diǎn),(2)壓力容器設(shè)計(jì)是以材料力學(xué)、機(jī)械零件、金屬材料等課程為基礎(chǔ)的一門專業(yè)主干課，因此學(xué)習(xí)本課程不僅要掌握壓力容器的一般設(shè)計(jì)方法，重在掌握基本原理和設(shè)計(jì)思想，學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用其他課程的基本理論和方法，全面考慮、分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題。,精選ppt,7,第一章壓力容器設(shè)計(jì)概論,1.2內(nèi)容要點(diǎn),(3)壓力容器的本身特點(diǎn)決定其安全性是核心問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)容器應(yīng)當(dāng)是以安全為前提，綜合考慮質(zhì)量保證的各個(gè)環(huán)節(jié)，盡可能做到經(jīng)濟(jì)合理，可靠的密封性，足夠的安全壽命，即使容器滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求，此外，材料消耗低，制造、操作、安裝和維修方便等。,精選ppt,8,第一章壓力容器設(shè)計(jì)概論,1.2內(nèi)容要點(diǎn),(4)壓力容器的質(zhì)量管理和質(zhì)量保證體系是更嚴(yán)格意義上的安全性，它是近代系統(tǒng)工程學(xué)在壓力容器領(lǐng)域中的應(yīng)用，所以也稱“壓力容器安全系統(tǒng)工程”，它包括了安全監(jiān)察、檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)制造、使用管理以及安全評(píng)估等方面。就一臺(tái)容器而言，包括了設(shè)計(jì)、材料、制造與制造過(guò)程中的檢驗(yàn)、在役檢驗(yàn)與監(jiān)控四個(gè)方面。其中，設(shè)計(jì)是先導(dǎo)，材料是基礎(chǔ)，制造是關(guān)鍵，檢驗(yàn)是保征。,精選ppt,9,第一章壓力容器設(shè)計(jì)概論,1.2內(nèi)容要點(diǎn),(5)正確選擇和合理使用材料是壓力容器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)于保證容器的結(jié)構(gòu)合理，安全使用和降低制造成本至關(guān)重要。除了適合工藝過(guò)程要求外，材料的選擇必須考慮力學(xué)性能和工藝性能兩方面的要求。前者包括適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、良好的塑性和較好的韌性，后者包括良好的冷熱加工性能，較好的可焊性和適宜的熱處理性能等。因鋼材具有上述眾多優(yōu)點(diǎn)而成為主要的容器用材，但不排斥特殊的場(chǎng)合使用有色金屬、非金屬材料等。,精選ppt,10,第一章壓力容器設(shè)計(jì)概論,1.2內(nèi)容要點(diǎn),(6)壓力容器用鋼按化學(xué)成分與用途主要有三類，即普通碳素鋼、低合金(高強(qiáng)度)鋼、不銹耐酸鋼和耐熱鋼。普通碳素鋼與低合金鋼又可根據(jù)制造容器的特殊要求派生出壓力容器用鋼。壓力容器用鋼區(qū)別一般用鋼主要在于降低了鋼中的硫、磷的含量，增加了沖擊功的指標(biāo)和提高了質(zhì)量檢驗(yàn)要求。,精選ppt,11,第一章壓力容器設(shè)計(jì)概論,1.2內(nèi)容要點(diǎn),(7)壓力容器的設(shè)計(jì)和制造都需遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，這類標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范是綜合了理論、試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)物，在法律上是強(qiáng)制性的。我國(guó)的壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范主要有GB150“鋼制壓力容器”以及JB4732“鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”。同時(shí)作為政府部門對(duì)壓力容器安全監(jiān)督的法規(guī)主要是“壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程”。此外還有關(guān)于材料、制造、檢驗(yàn)等必須遵循的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這些共同組成以GBI5O為核心的標(biāo)準(zhǔn)體系，是壓力容器質(zhì)量管理和質(zhì)量保證體系中加強(qiáng)法制的具體表現(xiàn)。,精選ppt,12,第一章壓力容器設(shè)計(jì)概論,1.2內(nèi)容要點(diǎn),(8)從安全的重要程度對(duì)壓力容器分類，對(duì)于壓力容器的技術(shù)管理和安全監(jiān)督具有特殊的意義。這里，容器的類別按壓力高低、容器大小、介質(zhì)的危害程度以及在生產(chǎn)中的重要作用劃分成三類，其中的三類容器最為重要。要求也最為嚴(yán)格。,精選ppt,13,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.3圓形平板的應(yīng)力,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),壓力容器設(shè)計(jì)復(fù)習(xí),精選ppt,14,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),本節(jié)通過(guò)介紹薄殼理論的一些基本概念、基本理論和分析方法、主要討論回轉(zhuǎn)薄殼的無(wú)力矩理論以及在軸對(duì)稱條件下的薄膜應(yīng)力和變形的計(jì)算。,精選ppt,15,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力,軸對(duì)稱問(wèn)題是容器殼體的應(yīng)力分析和強(qiáng)度計(jì)算的最基本問(wèn)題，對(duì)軸對(duì)稱問(wèn)題的理解和掌握是薄壁容器的工程設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)無(wú)力矩理論所得結(jié)果總可以作為分析殼體在載荷、結(jié)構(gòu)突變處附近局部區(qū)域彎曲問(wèn)題(有力矩理論)的特解，因此掌握好本節(jié)內(nèi)容將有助于后續(xù)各節(jié)的學(xué)習(xí)。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,16,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.1基本要求,(1)了解回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析中采用兩種計(jì)算理論的基本原理與意義。(2)掌握回轉(zhuǎn)殼體幾伺特性的基本定義，學(xué)會(huì)對(duì)幾種典型回轉(zhuǎn)殼體第一曲率半徑和第二曲率半徑的計(jì)算。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,17,(3)熟練掌握利用無(wú)力矩殼體理論求解軸對(duì)稱問(wèn)題的基本方程式計(jì)算常用容器殼體的薄膜應(yīng)力以及薄膜平行圓徑向位移和經(jīng)線轉(zhuǎn)角。(4)正確理解無(wú)力矩理論的應(yīng)用條件。,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.1基本要求,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,18,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),(1)工程實(shí)際中，薄殼指的是殼體厚度與其中間面最小主曲率半徑的比值不超過(guò)1/10的薄壁殼體結(jié)構(gòu)。薄壁容器的外殼一般是這種，且其幾何上對(duì)稱于某一軸線的結(jié)構(gòu)，故稱回轉(zhuǎn)薄殼。容器薄殼通常承受的外部載荷對(duì)稱于同一軸線，且支承條件也是軸對(duì)稱。由于載荷、結(jié)構(gòu)是軸對(duì)稱的，因而殼內(nèi)的應(yīng)力和變形均具有軸對(duì)稱特點(diǎn)，解這類殼體問(wèn)題統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)殼體的軸對(duì)稱問(wèn)題。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,19,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),(2)分析殼體的應(yīng)力有兩種基本理論“無(wú)力矩理論(薄膜理論)”與“有力矩理論”。對(duì)于軸對(duì)稱問(wèn)題，殼體中面微元四個(gè)邊上存在法向力N、N，彎矩M、M和橫向力Q等五個(gè)內(nèi)力分量(它們是沿微元側(cè)邊分布的單位長(zhǎng)度的力與力矩)。若N、N相對(duì)于M、M、Q大得多，可將后者忽略為零。大大簡(jiǎn)化了計(jì)算。這種殼體理論就是“無(wú)力矩理論”、反之考慮全部?jī)?nèi)力，就是“有力矩理論”。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,20,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),(3)回轉(zhuǎn)殼體中幾何特征中的第一主曲率半徑(Rl)和第二主曲率半徑(R2)是計(jì)算殼體薄膜應(yīng)力的兩個(gè)重要幾何參數(shù)。從定義出發(fā)，Rl是殼體上任意點(diǎn)的經(jīng)線曲率半徑，因此可以直接由描述經(jīng)線形狀的關(guān)系式確定：而R2是垂直于該點(diǎn)經(jīng)線切線的截面切割殼體中面而成的曲線的主曲率半徑。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,21,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),由于Rl的中心Ol、與R2的中心O2都在中面的法線上，和第二主曲率中心O2在回轉(zhuǎn)軸線上，R2為殼體中面上考察點(diǎn)沿法線至回轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度，或利用R2與垂直于回轉(zhuǎn)軸與垂直于回轉(zhuǎn)軸與中面相割的平行圓半徑的關(guān)系式求解(見圖)。,注意Rl、R2可以是常數(shù)，如球殼、錐殼和圓柱殼，也可以是逐點(diǎn)變化的，如橢球殼，尖頂殼等。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,22,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),(4)按無(wú)力矩理論計(jì)算回轉(zhuǎn)殼體薄膜應(yīng)力是薄壁容器強(qiáng)度計(jì)算的理論基礎(chǔ)。若對(duì)于圓柱或球形薄殼，受均勻氣壓下可采用材料力學(xué)“截面法”計(jì)算周向內(nèi)力N和經(jīng)向內(nèi)力N，但是對(duì)一般回轉(zhuǎn)殼，因沿經(jīng)線的內(nèi)力不相同，只能采用從殼體上取微體的力平衡分析得到以下兩個(gè)基本方程。以求解殼體上任意點(diǎn)的薄膜內(nèi)力(僅考慮受法向分布面載荷Pz)，即,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,23,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,24,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,25,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,26,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,27,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),(6)軸對(duì)稱加載的回轉(zhuǎn)殼體，產(chǎn)生軸對(duì)稱變形。當(dāng)薄膜應(yīng)力已知時(shí)，可以求出這種變形。并稱為薄膜變形。由于分析殼體不連續(xù)性概念與計(jì)算不連續(xù)應(yīng)力的考慮,關(guān)注的是容器邊緣處的薄膜平行圓徑向位移(或平行圓半徑增量)與經(jīng)線轉(zhuǎn)角。注意按教材的規(guī)定,平行圓徑向位移的符號(hào)約定為平行圓半徑增大為負(fù)，反之為正；轉(zhuǎn)角以回轉(zhuǎn)軸左側(cè)的經(jīng)線為準(zhǔn)、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正，反之為負(fù)。在以后殼體不連續(xù)分析時(shí)所采用的符號(hào)要與之一致。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,28,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),(7)殼體的無(wú)力矩工作狀態(tài)存在兩種情況，一種是殼體的抗彎剛度非常小實(shí)際不能抵抗彎曲，只能是無(wú)矩應(yīng)力狀態(tài)；第二種情況是殼體既然有厚度，就具有限的抗彎剛度，但由于特定的殼體形狀、加載方式以及支承條件使彎曲應(yīng)力比薄膜應(yīng)力小很多形成事實(shí)上的無(wú)力矩應(yīng)力狀態(tài)。第一種情況雖屬于無(wú)力矩理論范圍但不是我們研究的對(duì)象而實(shí)現(xiàn)第二種的無(wú)力矩工作狀態(tài)就必須滿足三個(gè)限制條件，即：,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,29,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),殼體的曲率，厚度和物理性質(zhì)或作用在殼體上的載荷都是連續(xù)的且沒有突然的變化；殼體的邊界上沒有力矩和橫向力作用；殼體邊界上的法向位移及轉(zhuǎn)角不受限制。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,30,2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.1.2內(nèi)容要點(diǎn),下圖是容器上不滿足無(wú)力矩理論應(yīng)用條件的一些局部區(qū)域的實(shí)例。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,31,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),壓力容器設(shè)計(jì)復(fù)習(xí),2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.3圓形平板的應(yīng)力,精選ppt,32,2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.1.1基本要求,(1)了解圓柱殼軸對(duì)稱彎曲問(wèn)題的一般解法,掌握長(zhǎng)圓柱殼受均勻分布的邊緣載荷作用時(shí)計(jì)算彎曲應(yīng)力的基本步驟。(2)掌握容器不連續(xù)效應(yīng)的基本概念以及不連續(xù)應(yīng)力的意義和特征。(3)學(xué)會(huì)用變形連續(xù)性條件和迭加原理計(jì)算容器在形狀、載荷、溫度等不連續(xù)情況下應(yīng)力的方法。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,33,2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.1.1內(nèi)容要點(diǎn),(1)前一節(jié)壓力容器受內(nèi)壓作用時(shí)，考慮遍布全殼沿壁厚均勻分布的法向應(yīng)力，或稱薄膜應(yīng)力。但殼體必須滿足一定的條件，使得殼體中彎曲引起的應(yīng)力比薄膜應(yīng)力小得多，因而忽略不計(jì)。實(shí)際容器殼體，由于不同的薄膜應(yīng)力而引起的不同位移將發(fā)生較大的彎曲變形，它產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力數(shù)值可以很大，僅用薄膜應(yīng)力描述應(yīng)力狀態(tài)就不充分了，需要采用有力矩理論考慮殼體的彎曲。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,34,2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.1.1內(nèi)容要點(diǎn),(2)當(dāng)考慮較簡(jiǎn)單的圓柱殼對(duì)稱彎曲問(wèn)題時(shí)，殼體中不僅有薄膜內(nèi)力N、N，(其中還包含彎曲成分)，還存在彎曲內(nèi)力M、M、Q。如果僅考慮力平衡關(guān)系，不能求出未知內(nèi)力，如同材料力學(xué)中的靜不定問(wèn)題，要綜合考慮力平衡條件、變形(幾何)條件和物理?xiàng)l件三個(gè)方面，最后歸結(jié)為求解彎曲問(wèn)題的微分方程，即,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,35,2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.1.1內(nèi)容要點(diǎn),該方程通解等于齊次方程的通解加上一個(gè)不為零的特解，可以近似把薄膜解當(dāng)作一個(gè)特解，于是,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,36,2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.1.1內(nèi)容要點(diǎn),為了應(yīng)用方便,w齊可表示為長(zhǎng)圓柱殼在其邊緣上只承受均勻分布的邊緣剪力Q0和邊緣彎矩M0作用的彎曲解形式(見圖)，即(以下w齊用w(Q0,M0)表示),第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,37,2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.1.1內(nèi)容要點(diǎn),由此得到各內(nèi)力的表達(dá)式為：,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,38,2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.1.1內(nèi)容要點(diǎn),在受載端的撓度和轉(zhuǎn)角為：,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,39,2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.1.1內(nèi)容要點(diǎn),(3)實(shí)際容器都是由兩種(或兩種以上)不同形狀或厚度或材料的殼體組合而成，在外加載荷(機(jī)械載荷或熱載荷)作用下，相鄰殼體連接處的薄膜變形不相同，就發(fā)生了局部彎曲以保持器壁的連續(xù)性，在這些部位發(fā)生較高的附加應(yīng)力，稱為邊緣效應(yīng)或不連續(xù)效應(yīng)，產(chǎn)生的附加應(yīng)力，稱為不連續(xù)應(yīng)力。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,40,2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.1.1內(nèi)容要點(diǎn),(4)工程上分析容器殼體連接處不連續(xù)效應(yīng)的方法稱為不連續(xù)分析，其基本方法分別是求出各部分在連接處由壓力p和邊緣載荷Q0,M0引起的變形，然后利用變形連續(xù)條件和疊加原理，得到只包含未知邊緣載荷Q0,M0所組成的線性代數(shù)方程組，即,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,41,2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.1.1內(nèi)容要點(diǎn),第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,42,2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.1.1內(nèi)容要點(diǎn),(5)這是總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)應(yīng)力，基本特征之一是局部性，影響半徑與(Rt)是同一量級(jí)；其二是自限性，局部屈服或較小畸變就能消除附加應(yīng)力發(fā)生的條件，因此對(duì)于在靜載的塑性材料，不連續(xù)應(yīng)力可以通過(guò)邊緣結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，限制其應(yīng)力水平過(guò)高，但是在容器受到交變載荷的作用，或材料在工作環(huán)境下呈現(xiàn)脆性時(shí)，確定不連續(xù)應(yīng)力具有重要的意義，因?yàn)楦邞?yīng)力可成為疲勞失效的發(fā)源地或直接導(dǎo)致脆性破裂。,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),精選ppt,43,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),壓力容器設(shè)計(jì)復(fù)習(xí),2.1回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力2.2壓力容器的不連續(xù)應(yīng)力2.3圓形平板的應(yīng)力,精選ppt,44,2.3圓形平板的應(yīng)力2.1.1基本要求,第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),(1)理解薄板彎曲理論的基本假設(shè)及其含義。(2)了解求解圓板軸對(duì)稱彎曲問(wèn)題的基本原理和步驟(3)掌握?qǐng)A板在常用邊界條件和幾種簡(jiǎn)單受力下應(yīng)力和撓度的計(jì)算。(4)了解用疊加法對(duì)實(shí)際容器結(jié)構(gòu)中環(huán)板彎曲應(yīng)力的計(jì)算方法。,精選ppt,45,2.3圓形平板的應(yīng)力2.1.1內(nèi)容要點(diǎn),第二章容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),(1)圓板或圓形環(huán)板是壓力容器的重要構(gòu)件。按板厚t與中面特征尺寸l(例如直徑、邊長(zhǎng))相比，t/l1(工程上，t/l1/5)稱為薄板，否則稱為厚板。板在橫向載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲變形，板的最大彎曲撓度w與板厚相比，當(dāng)w/t12mm時(shí)，接管DN80mm，當(dāng)殼體的Tn12mm時(shí)，接管DN50mm。,3.3開孔與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)3.3.2內(nèi)容要點(diǎn),第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,91,(4)由于開孔應(yīng)力集中的局部性，一般采用局部補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)貼板補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，使用經(jīng)驗(yàn)成熟，但補(bǔ)強(qiáng)面積分散，作用并不大，而且補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體搭接處剛度大，焊接易產(chǎn)生裂紋?？蛊谛阅懿?。溫度較高時(shí)，熱應(yīng)力較大。厚壁管補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，補(bǔ)強(qiáng)面積集中，能有效降低應(yīng)力集中系數(shù)。整鍛件補(bǔ)強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)面積集中，能最有效降低應(yīng)力集中系數(shù)。焊接接頭為對(duì)接焊，質(zhì)量容易保證，抗疲勞性能好。但制造麻煩，成本高。,3.3開孔與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)3.3.2內(nèi)容要點(diǎn),第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,92,(5)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有等面積法、極限分析法、壓力面積法等。其中等面積法是開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算中應(yīng)用最為廣泛的方法。等面積法：該法是在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，使補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積不小于開孔失去的有效金屬截面積，它是以開孔后截面的一次總體平均應(yīng)力不致升高為依據(jù)的。當(dāng)小開孔時(shí)，開孔邊緣的應(yīng)力是以局部薄膜應(yīng)力為主的，因此上述假設(shè)適用。開孔直徑較大時(shí)，開孔邊緣除有很大局部薄膜應(yīng)力外，還有很高的彎曲應(yīng)力，故等面積法應(yīng)對(duì)開孔最大直徑加以限制。,3.3開孔與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)3.3.2內(nèi)容要點(diǎn),第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,93,(5)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有等面積法、極限分析法、壓力面積法等。其中等面積法是開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算中應(yīng)用最為廣泛的方法。極限分析法：以開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性失效的極限載荷為依據(jù)，并將最大應(yīng)力控制在2y內(nèi)的設(shè)計(jì)方法，在GB150中，將此法稱為“開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的另一方法”。,3.3開孔與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)3.3.2內(nèi)容要點(diǎn),第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,94,5等面積法的計(jì)算,3.3開孔與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)3.3.2內(nèi)容要點(diǎn),第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,95,3.3開孔與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)3.3.2內(nèi)容要點(diǎn),第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,96,(3)有效補(bǔ)強(qiáng)范圍寬度外側(cè)高度內(nèi)側(cè)高度,取小值,取大值,取小值,3.3開孔與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)3.3.2內(nèi)容要點(diǎn),第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,97,3.3開孔與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)3.3.2內(nèi)容要點(diǎn),第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,98,（5）有效補(bǔ)強(qiáng)面積筒體多余金屬面積,接管多余金屬面積,有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫金屬截面積A3。當(dāng)時(shí)，不需補(bǔ)強(qiáng)，否則補(bǔ)強(qiáng)面積為圓筒體的斜接管，封頭的非徑向接管開孔補(bǔ)強(qiáng)以及大開孔的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。,3.3開孔與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)3.3.2內(nèi)容要點(diǎn),第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,99,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),壓力容器設(shè)計(jì)復(fù)習(xí),3.1殼體的設(shè)計(jì)3.2法蘭的設(shè)計(jì)3.3開孔與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.5局部應(yīng)力計(jì)算3.6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題,精選ppt,100,臥式容器支座形式有圈座、支腿和鞍座。其中鞍座是應(yīng)用最廣泛的一種支承方式，這種支座已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)支座，不能選標(biāo)準(zhǔn)則需自行設(shè)計(jì)。即使選用標(biāo)準(zhǔn)鞍座，也應(yīng)對(duì)筒體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行校核計(jì)算。本節(jié)介紹雙鞍座容器的載荷、內(nèi)力、應(yīng)力的計(jì)算及校核等問(wèn)題。,3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì),第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,101,(1)了解鞍式支座的結(jié)構(gòu)，并能合理確定鞍座的位置。(2)能正確進(jìn)行雙鞍座臥式容器的載荷、內(nèi)力、應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核。,3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.1基本要求,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,102,(1)臥式容器一般用對(duì)稱布置的雙鞍座，其受力狀況可簡(jiǎn)化為以受均布載荷為主的外伸梁。若鞍座形心至相鄰封頭切線的距離為A，為使跨中截面與支座截面處軸向彎矩絕對(duì)值大致相等，一般取A0.2L，為了盡量利用封頭對(duì)支座處筒體的加強(qiáng)作用，還應(yīng)使A0.5Rm。但對(duì)于壁厚、長(zhǎng)徑比較大的容器，或鞍座處設(shè)有加強(qiáng)圈時(shí)，A可稍大一些。,3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,103,(2)雙鞍座臥式容器的載荷除操作壓力外，還有筒體、封頭、附件、充液質(zhì)量載荷和支座反力。若令設(shè)備最大質(zhì)量為m，則鞍座反力F=mg/2：梁長(zhǎng)為L(zhǎng)（兩封頭切線間距）時(shí)，梁上承受均布載荷q和梁兩端的彎矩M、剪力V作用，如下所示。梁的內(nèi)力有軸向彎矩和豎直剪力，其最大彎矩在容器的支座截面或跨中截面上；最大剪力在容器的支座截面處。,3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,104,圖3-2雙鞍座臥式容器受載簡(jiǎn)圖,3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,105,跨中截面的彎矩：,支座截面的彎矩：,(3-18),(3-19),3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,106,支座截面的最大剪力，通常在靠近圓筒縱向中心一側(cè)的筒體截面上，為,(3-20),3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,107,(3)臥式容器除操作壓力引起的薄膜應(yīng)力外，還因質(zhì)量載荷和支座反力作用，使筒體跨中截在存在軸向彎曲力，在支座截面既有軸向彎曲應(yīng)力，也有切向剪應(yīng)力和周向應(yīng)力。筒體的軸向應(yīng)力由壓力和軸向彎矩產(chǎn)生的兩部分應(yīng)力組成，如表3-8所示。,3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,108,表3-8筒體的軸向應(yīng)力,3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,109,從表中可知，最大拉應(yīng)力可能出現(xiàn)在跨中截面的最低點(diǎn)處或鞍座截面的最高點(diǎn)處(若筒體未被加強(qiáng)而要考慮扁塌現(xiàn)象時(shí)，則在鞍座的邊角附近)。最大壓應(yīng)力可能出現(xiàn)在筒體和跨中截面的最高點(diǎn)處或鞍座截面的最低點(diǎn)處。驗(yàn)算應(yīng)力時(shí)應(yīng)根據(jù)不同壓力(內(nèi)壓或外壓)和不同工況進(jìn)行應(yīng)力組合，求出最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力。并使最大拉應(yīng)力不得超過(guò)材料的許用應(yīng)力，最大壓應(yīng)力不得超過(guò)材料的軸向許用壓縮應(yīng)力。,3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,110,(2)在支座截面處的剪力在筒體中引起切向剪應(yīng)力，最大剪應(yīng)力如下表所示，表中的剪應(yīng)力分別滿足,表3-9筒體與封頭的最大剪應(yīng)力,3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,111,(3)在支座截面上，由周向彎矩和周向壓縮力引起周向應(yīng)力，當(dāng)無(wú)加強(qiáng)圈時(shí)，筒體的最大周向應(yīng)力如表3-10所示。,表3-10無(wú)加強(qiáng)圈筒體的周向應(yīng)力,3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,112,表中tre為墊板有效厚度，k為系數(shù)，當(dāng)容器焊在支座上時(shí)為1，否則為零筒體的周向應(yīng)力應(yīng)滿足：,3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,113,(4)鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)為JB/T4712，標(biāo)準(zhǔn)鞍座分輕型(A型)和重型(B型)，它由底板、腹板、筋板和墊板(或無(wú)墊板)組成。鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如鞍座寬度、墊板尺寸、包角、鞍座高度和腹板厚度等對(duì)鞍座處的各項(xiàng)應(yīng)力產(chǎn)生影響。為避免筒體由于溫度變化產(chǎn)生過(guò)大的附加應(yīng)力，雙鞍座中的一個(gè)為固定式(F)，另一個(gè)用滑動(dòng)式(S)。,3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,114,支座承受的水平分力為：,支座有效斷面的平均應(yīng)力為：,上述計(jì)算出的應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)鞍座材料許用應(yīng)力sa的2/3倍,(3-22),(3-21),3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.4.2內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,115,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),壓力容器設(shè)計(jì)復(fù)習(xí),3.1殼體的設(shè)計(jì)3.2法蘭的設(shè)計(jì)3.3開孔與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)3.4臥式容器與支座的設(shè)計(jì)3.5局部應(yīng)力計(jì)算3.6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題,精選ppt,116,容器受其附件傳來(lái)的載荷作用，在與附件連接的容器處產(chǎn)生局部應(yīng)力。對(duì)于容器的常規(guī)設(shè)計(jì)，往往只需對(duì)結(jié)構(gòu)作適當(dāng)?shù)奶幚恚?dāng)容器需要作疲勞分析時(shí)，必須計(jì)算殼體與附件連接處的最大應(yīng)力。本節(jié)主要介紹容器與接管連接結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力的WRC計(jì)算法。,3.5局部應(yīng)力計(jì)算,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,117,(1)容器開孔接管受壓力作用時(shí)，由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)等原因引起局部應(yīng)力。局部應(yīng)力可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，或進(jìn)行理論分析計(jì)算，現(xiàn)行的方法主要有應(yīng)力指數(shù)法和采用應(yīng)力集中系數(shù)曲線計(jì)算其局部最大應(yīng)力。,3.5局部應(yīng)力計(jì)算3.5.1內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,118,(2)殼體開孔接管受除壓力外的其它載荷作用時(shí)，也在殼體與接管連接處產(chǎn)生局部應(yīng)力。當(dāng)外載荷為徑向力和力矩時(shí)，容器上產(chǎn)生局部薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，這些正應(yīng)力的最大值通常發(fā)生在殼體與附件連接處的內(nèi)外表面上；附件受切向剪力和扭矩作用，則容器上產(chǎn)生剪應(yīng)力，計(jì)算最大應(yīng)力的方法仍可采用應(yīng)力集中系數(shù)曲線(主要是球殼)。或采用WRC法計(jì)算。該法是根據(jù)殼體參數(shù)和附件參數(shù)，由線圖查出內(nèi)力和內(nèi)力矩的無(wú)因次量，并按局部應(yīng)力表中公式計(jì)算應(yīng)力。,3.5局部應(yīng)力計(jì)算3.5.1內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,119,精選ppt,120,殼體同一點(diǎn)的正應(yīng)力按下式合成：若接管有多種載荷作用時(shí)，將各點(diǎn)處的應(yīng)力疊加。對(duì)于受壓容器，還應(yīng)疊加壓力引起的應(yīng)力。,(3-23),3.5局部應(yīng)力計(jì)算3.5.1內(nèi)容提要,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),精選ppt,121,第三章中低壓容器設(shè)計(jì),壓力容器設(shè)計(jì)復(fù)習(xí),3.1殼