壓力容器設(shè)計審核人員培訓(xùn)20112

1、會計學1壓力容器設(shè)計審核人員培訓(xùn)壓力容器設(shè)計審核人員培訓(xùn)201121. 橢圓封頭橢圓封頭A、內(nèi)壓作用下、內(nèi)壓作用下1）應(yīng)力狀況）應(yīng)力狀況a.薄膜應(yīng)力（兩向應(yīng)力作用，緯（環(huán)）薄膜應(yīng)力（兩向應(yīng)力作用，緯（環(huán)）向、經(jīng)向）向、經(jīng)向）a）標準橢圓封頭薄膜應(yīng)力分布：）標準橢圓封頭薄膜應(yīng)力分布：經(jīng)向薄膜應(yīng)力分布情況環(huán)向薄膜應(yīng)力分布情況經(jīng)向應(yīng)力：最大應(yīng)力在頂點。經(jīng)向應(yīng)力：最大應(yīng)力在頂點。環(huán)向應(yīng)力：最大拉應(yīng)力在頂點，最大壓應(yīng)力在底環(huán)向應(yīng)力：最大拉應(yīng)力在頂點，最大壓應(yīng)力在底邊。邊。b) 變形特征：變形特征：趨圓趨圓。c) 計算對象意義：計算對象意義： 拉應(yīng)力拉應(yīng)力強度計算強度計算 壓應(yīng)力壓應(yīng)力穩(wěn)定控制穩(wěn)定控制b.

2、彎曲應(yīng)力（與圓筒連接）彎曲應(yīng)力（與圓筒連接）a) 變形協(xié)調(diào)，形成邊界力。變形協(xié)調(diào)，形成邊界力。b) 產(chǎn)生二次應(yīng)力。產(chǎn)生二次應(yīng)力。環(huán)maxK222261261iihDbaK邊緣應(yīng)力：邊緣應(yīng)力：d.形狀系數(shù)形狀系數(shù)K的意義的意義K為封頭上的最大應(yīng)力與對接圓筒中的環(huán)向薄為封頭上的最大應(yīng)力與對接圓筒中的環(huán)向薄膜應(yīng)力的比值，膜應(yīng)力的比值，K分布曲線可回歸成公式：分布曲線可回歸成公式：不同不同a/b的的K見見GB150第第50頁表頁表7-1。標準橢圓封頭。標準橢圓封頭K=1。2）計算公式）計算公式因因K為封頭上的最大應(yīng)力與對接圓筒中的環(huán)向薄膜應(yīng)為封頭上的最大應(yīng)力與對接圓筒中的環(huán)向薄膜應(yīng)力的比值，則封頭計算

3、厚度為對接圓筒計算厚度的力的比值，則封頭計算厚度為對接圓筒計算厚度的K倍。倍。又圓筒壁厚為等徑球殼壁厚的又圓筒壁厚為等徑球殼壁厚的2倍，故有橢圓形封頭厚度倍，故有橢圓形封頭厚度： =K圓筒圓筒2K球殼球殼 cticcticpDKppDKp5 . 0242 近似可理解為圓筒厚度的近似可理解為圓筒厚度的K倍倍。3）焊接接頭系數(shù)）焊接接頭系數(shù)。指拼縫，指拼縫，但不包括但不包括橢封與圓筒的連接環(huán)縫的接頭橢封與圓筒的連接環(huán)縫的接頭系數(shù)。系數(shù)。4）內(nèi)壓作用下的穩(wěn)定：）內(nèi)壓作用下的穩(wěn)定：a. a/b 2.6是是GB150限制條件限制條件，（當，（當a/b 2.5時時，最大應(yīng)力發(fā)生在過渡區(qū)外壁，且為周向壓縮應(yīng)

4、，最大應(yīng)力發(fā)生在過渡區(qū)外壁，且為周向壓縮應(yīng)力。）力。）即是為了限制壓縮應(yīng)力值，防止易發(fā)生的即是為了限制壓縮應(yīng)力值，防止易發(fā)生的彈性失穩(wěn)。彈性失穩(wěn)。b.防止失穩(wěn)，限制封頭最小有效厚度：防止失穩(wěn)，限制封頭最小有效厚度：a/b2，即，即K1 min0.15%Dia/b 2，即，即K1 min0.30% Di B 外壓作用下：外壓作用下：1）封頭穩(wěn)定以薄膜應(yīng)力為對象計算：）封頭穩(wěn)定以薄膜應(yīng)力為對象計算：a.變形特征：封頭長軸伸長，短軸縮短變形特征：封頭長軸伸長，短軸縮短趨趨扁扁。b.計算對象計算對象 長軸伸長使過渡區(qū)的圓周直徑增大，周長長軸伸長使過渡區(qū)的圓周直徑增大，周長伸長，在周向產(chǎn)生拉應(yīng)力，為此過

5、渡區(qū)不存伸長，在周向產(chǎn)生拉應(yīng)力，為此過渡區(qū)不存在穩(wěn)定問題。在穩(wěn)定問題。 封頭中心部分封頭中心部分“球面區(qū)球面區(qū)”會產(chǎn)生周向和會產(chǎn)生周向和經(jīng)向的壓縮應(yīng)力，為此存在失穩(wěn)問題。經(jīng)向的壓縮應(yīng)力，為此存在失穩(wěn)問題。c.計算意義，按外壓球殼。計算意義，按外壓球殼。 當量球殼：對標準橢圓封頭；當量球殼：對標準橢圓封頭； 當量球殼計算外半徑：當量球殼計算外半徑：Ro=0.9Do。 Do封頭外徑。封頭外徑。2）對對接圓筒的影響。）對對接圓筒的影響。外壓圓筒計算長度外壓圓筒計算長度L的意義：的意義： L為兩個始終保持圓形的剛性截面之為兩個始終保持圓形的剛性截面之間的距離。橢圓封頭曲面深度的間的距離。橢圓封頭曲面深

6、度的1/3處可處可視為能保持圓形的截面，為此由兩個橢視為能保持圓形的截面，為此由兩個橢圓封頭與圓筒相連接的容器，該圓筒的圓封頭與圓筒相連接的容器，該圓筒的外壓計算長度外壓計算長度L=圓筒長度圓筒長度+兩個橢圓封兩個橢圓封頭的直邊段長度頭的直邊段長度+兩倍橢圓封頭曲面深度兩倍橢圓封頭曲面深度的的1/3。2.碟形封頭碟形封頭 受力、變形特征，應(yīng)力分布，穩(wěn)定受力、變形特征，應(yīng)力分布，穩(wěn)定，控制條件與橢圓封頭相似，只不過形，控制條件與橢圓封頭相似，只不過形狀系數(shù)由狀系數(shù)由K（橢封）改為（橢封）改為M。1)組成：中間是球殼加邊緣環(huán)殼，直邊段組成：中間是球殼加邊緣環(huán)殼，直邊段圓筒構(gòu)成。各處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，是拼

7、湊的圓筒構(gòu)成。各處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，是拼湊的旋轉(zhuǎn)殼體，所以應(yīng)力分布存在局部突變旋轉(zhuǎn)殼體，所以應(yīng)力分布存在局部突變。2) 應(yīng)力狀態(tài)：應(yīng)力狀態(tài)： 主要是兩向應(yīng)力，即周向應(yīng)力主要是兩向應(yīng)力，即周向應(yīng)力和經(jīng)向和經(jīng)向應(yīng)力應(yīng)力，結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)存在著局部的不連續(xù)，結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)存在著局部的不連續(xù)因變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的應(yīng)力，是由薄膜應(yīng)力和因變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的應(yīng)力，是由薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力組成。彎曲應(yīng)力組成。（1）薄膜應(yīng)力分布）薄膜應(yīng)力分布 對于與標準橢圓封頭具有相似外形對于與標準橢圓封頭具有相似外形(相同相同直徑與高度直徑與高度)的碟形封頭，由薄膜理論可以的碟形封頭，由薄膜理論可以得到內(nèi)壓作下封頭的應(yīng)力分布如圖見下圖得到內(nèi)壓作

8、下封頭的應(yīng)力分布如圖見下圖 經(jīng)向應(yīng)力在封頭球面部分呈均勻分布，為拉伸薄膜應(yīng)力，至過渡區(qū)(環(huán)殼)應(yīng)力逐漸減小，到達封頭底邊時應(yīng)力降至一半，與對接圓筒的軸向應(yīng)力相等。 封頭上的周向應(yīng)力在封頭球面部分亦均勻分布，為拉伸薄膜應(yīng)力，數(shù)值與經(jīng)向應(yīng)力相等。封頭過渡區(qū)(環(huán)殼)上的周向應(yīng)力為壓縮薄膜應(yīng)力，在球殼與環(huán)殼的連接點處壓應(yīng)力最大，沿經(jīng)向至底邊壓應(yīng)力逐漸減小，在底邊處為最小值。 （2）邊緣影響及邊緣應(yīng)力）邊緣影響及邊緣應(yīng)力 兩處邊界，圓筒與環(huán)殼對接的邊界兩處邊界，圓筒與環(huán)殼對接的邊界1，環(huán)殼與球殼對接的邊界，環(huán)殼與球殼對接的邊界2見下圖見下圖 3）r/Ri對碟形封頭應(yīng)力的影響：對碟形封頭應(yīng)力的影響： a.

9、當當r/Ri較小時較小時（0.16）邊界邊界2上的作用力對整上的作用力對整個封頭中的應(yīng)力起很大的影響。個封頭中的應(yīng)力起很大的影響。 b.當當r/Ri0.16時，時，M值受其影響很小，這是整值受其影響很小，這是整個封頭僅受邊界個封頭僅受邊界1（即封頭底邊）（即封頭底邊）的影響，其受力的影響，其受力情況已與橢圓封頭相近了。情況已與橢圓封頭相近了。 4）變形特征：）變形特征： 內(nèi)壓作用下有趨圓特征，存在著失穩(wěn)可能。封內(nèi)壓作用下有趨圓特征，存在著失穩(wěn)可能。封頭上周向壓縮應(yīng)力隨其頭上周向壓縮應(yīng)力隨其Ri/r的增大而加劇，從而很的增大而加劇，從而很容易發(fā)生失穩(wěn)，容易發(fā)生失穩(wěn)，GB150對對Ri/r不超過不

10、超過10，即是基于，即是基于這種考慮的。這種考慮的。 外壓過渡區(qū)不存在失穩(wěn)，外壓過渡區(qū)不存在失穩(wěn)，“趨扁趨扁”；僅對球面；僅對球面部分進行外壓計算部分進行外壓計算。3. 球冠形封頭球冠形封頭一）內(nèi)壓作用一）內(nèi)壓作用（1） 與筒體的連接方式與筒體的連接方式 通常是部分球殼與圓筒連接通常是部分球殼與圓筒連接（2） 邊緣問題及應(yīng)力分布情況邊緣問題及應(yīng)力分布情況 球冠和圓筒的連接部位受邊界力等球冠和圓筒的連接部位受邊界力等作用，在原薄膜應(yīng)力的基礎(chǔ)引起附加的徑作用，在原薄膜應(yīng)力的基礎(chǔ)引起附加的徑向、向、周向彎曲應(yīng)力及局部薄膜應(yīng)力。根據(jù)應(yīng)力周向彎曲應(yīng)力及局部薄膜應(yīng)力。根據(jù)應(yīng)力分析表明：它們的最大應(yīng)力發(fā)生在

11、連接處分析表明：它們的最大應(yīng)力發(fā)生在連接處邊緣，且為徑向應(yīng)力，其中彎曲應(yīng)力占相邊緣，且為徑向應(yīng)力，其中彎曲應(yīng)力占相當?shù)谋戎?。當?shù)谋戎亍?球冠封頭受力作用示意圖（3） 厚度計算公式厚度計算公式 該式去除該式去除Q后即為內(nèi)壓圓筒厚度計算式后即為內(nèi)壓圓筒厚度計算式。上述球冠形封頭的應(yīng)力受邊界力的影響。上述球冠形封頭的應(yīng)力受邊界力的影響及其許用應(yīng)力的調(diào)整及其許用應(yīng)力的調(diào)整(放寬至放寬至3)，是，是通過系數(shù)通過系數(shù)Q來體現(xiàn)的。來體現(xiàn)的。Q應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)(球冠內(nèi)半徑球冠內(nèi)半徑Ri與封頭內(nèi)直徑與封頭內(nèi)直徑Di之比之比)和壓力和壓力參數(shù)按相應(yīng)曲線查取。（參數(shù)按相應(yīng)曲線查取。（GB150圖圖7-5

12、圖圖7-7） cticpDQp2i5 . 02D二）二） 外壓作用外壓作用 球冠封頭受外壓的厚度，應(yīng)滿足按內(nèi)壓和外壓球冠封頭受外壓的厚度，應(yīng)滿足按內(nèi)壓和外壓穩(wěn)定計算厚度，取兩者的大值。穩(wěn)定計算厚度，取兩者的大值。三）兩側(cè)受壓三）兩側(cè)受壓 當不能保證在任何情況下封頭兩側(cè)的壓力都同當不能保證在任何情況下封頭兩側(cè)的壓力都同時作用時，封頭厚度應(yīng)按兩種情況計算，取其大值時作用時，封頭厚度應(yīng)按兩種情況計算，取其大值。 只考慮凹面受壓，計算厚度按式（只考慮凹面受壓，計算厚度按式（76）確定）確定，Q值由圖值由圖76查取；查?。?只考慮凸面受壓，計算厚度按式只考慮凸面受壓，計算厚度按式76確定，確定，Q值由圖

13、值由圖77查取，此外還應(yīng)按不應(yīng)小于按查取，此外還應(yīng)按不應(yīng)小于按6.2.2確定確定的有效厚度。的有效厚度。 對于以薄膜應(yīng)力承載的錐殼，其壁厚按當量圓筒計算。但在錐殼與相鄰圓筒連接部位由于變形協(xié)調(diào)引起的附加應(yīng)力的作用尚需另行考慮。附加應(yīng)力的大小與錐殼半頂角大小直接相關(guān)。半頂角較小時，錐殼與圓筒連接處變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生的附加應(yīng)力很小，不會影響錐殼的計算厚度。但半頂角較大時，其邊界力和由此引起的附加應(yīng)力會大大增加，為此導(dǎo)致加厚錐殼與圓筒連接部位的厚度。 當錐殼半頂角更大時，因邊界力急劇增大會導(dǎo)致很大的厚度，從經(jīng)濟性出發(fā)，宜在錐殼端部增設(shè)一過渡圓弧段(環(huán)殼)，其作用類似碟形封頭的過渡圓弧段，從而大大緩和錐殼端

14、部的局部附加應(yīng)力，此時錐形封頭稱折邊錐形封頭，且有大端折邊與小端折邊之分。為有效緩解錐殼與圓筒間的附加應(yīng)力，對折邊的過渡段轉(zhuǎn)角半徑須有一定要求。關(guān)于折邊結(jié)構(gòu)GB 150規(guī)定： 錐殼大端，當半頂角30時，可采用無折邊結(jié)構(gòu)；當30時，應(yīng)采用帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)。否則應(yīng)按應(yīng)力分析方法進行設(shè)計。大端折邊錐殼的過渡段轉(zhuǎn)角半徑r應(yīng)不小于封頭大端內(nèi)直徑的10%，且不小于該過渡段厚度的3倍。 對錐殼小端，當錐殼半頂角 45 時，可采用無折邊結(jié)構(gòu)。當 45 時，應(yīng)采用帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)。小端折邊錐殼的過渡段轉(zhuǎn)角半徑r應(yīng)不小于封頭小端內(nèi)直徑的5，且不小于該過渡段厚度的3倍。式中Q稱應(yīng)力增值系數(shù)，按GB 150相關(guān)曲

15、線查?。▓D7-1112）。式中焊接接頭系數(shù)是指錐殼與圓筒連接環(huán)縫的接頭系數(shù) cticrpDQp2 cos5 . 02rDirD i5 . 02筒連接處所有承受環(huán)向局部薄膜應(yīng)力的諸焊縫的接頭系數(shù)，且取其小者。為此該接頭系數(shù)應(yīng)包括錐殼縱焊縫、圓筒縱焊縫和錐殼小端與圓筒連接環(huán)縫三條焊縫的接頭系數(shù)，并取較小者。 cts icrpDQp2cosrDisrDis焊接接頭系數(shù)大端指大端指2 小端指小端指3、 4 、 5 之小者。之小者。 應(yīng)注意，錐殼加強段厚度應(yīng)注意，錐殼加強段厚度r計算中的計算中的與錐殼厚度與錐殼厚度計算中的計算中的是不同的。是不同的。K系數(shù)，根據(jù)及r/Di值，查表74 cticpDKp5

16、 . 02 cticpDfp5 . 0aaDrficos2cos121b）與過渡段相接處的錐殼厚度）與過渡段相接處的錐殼厚度： 式中：f 系數(shù)， 其值查表75（711）其值查表75其值查表75其值查表7-52）錐殼小端）錐殼小端 當錐殼半頂角當錐殼半頂角45時，其小端厚度按時，其小端厚度按7.2.3.2計算，若采用折邊過渡段厚度按（計算，若采用折邊過渡段厚度按（79）計算，式中計算，式中Q值由圖值由圖714查取。查取。 當錐殼半頂角當錐殼半頂角45時，過渡段厚度仍按時，過渡段厚度仍按式（式（79）計算，但式中）計算，但式中Q值由圖值由圖715查取。查取。 錐殼小端與筒體連接處是局部環(huán)向薄膜應(yīng)力

17、錐殼小端與筒體連接處是局部環(huán)向薄膜應(yīng)力起控制作用，過渡段圓弧對改善此應(yīng)力并不明顯起控制作用，過渡段圓弧對改善此應(yīng)力并不明顯，因此小端無論是加強結(jié)構(gòu)還是帶折邊結(jié)構(gòu)，其，因此小端無論是加強結(jié)構(gòu)還是帶折邊結(jié)構(gòu)，其計算方法相同，只是頂角不同時，計算方法相同，只是頂角不同時，Q的取值有不的取值有不同的圖來確定。同的圖來確定。 與過渡段相接的錐殼和圓筒的加強段厚與過渡段相接的錐殼和圓筒的加強段厚度應(yīng)與過渡段相同。錐殼加強段的長度度應(yīng)與過渡段相同。錐殼加強段的長度L1應(yīng)應(yīng)不小于不小于 。圓筒加強段的長度。圓筒加強段的長度L應(yīng)不小于應(yīng)不小于 。（見下圖）。（見下圖） 在任何情況下，加強段的厚度不得小于在任何情

18、況下，加強段的厚度不得小于與其連接處的錐殼厚度。與其連接處的錐殼厚度。cosrDisrDis加強段長度加強段長度3）折邊錐殼的厚度）折邊錐殼的厚度 當錐殼大端或大、小端同時具有過渡段當錐殼大端或大、小端同時具有過渡段時，應(yīng)分別確定各部分的厚度。時，應(yīng)分別確定各部分的厚度。 若只取一種厚度組合時，應(yīng)取各部分厚若只取一種厚度組合時，應(yīng)取各部分厚度中最大值。度中最大值。 6. 平蓋平蓋1)應(yīng)力狀況：應(yīng)力狀況： 兩向彎曲應(yīng)力，徑向、環(huán)向彎曲應(yīng)力。兩向彎曲應(yīng)力，徑向、環(huán)向彎曲應(yīng)力。2)兩種極端邊界支持條件。兩種極端邊界支持條件。 a.簡支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)不受約束，簡支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)不受約束，max 在

19、在板中心，板中心， 徑向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力相等。徑向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力相等。 b.固支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)受絕對約束（等于固支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)受絕對約束（等于零），零），max在板邊緣為徑向應(yīng)力。在板邊緣為徑向應(yīng)力。 c.螺栓墊片聯(lián)接的平蓋按簡支圓板處理，螺栓墊片聯(lián)接的平蓋按簡支圓板處理，max在板中心在板中心。圖2-30 周邊固支的圓板固支圖2-29 周邊簡支的圓板簡支簡支注 意 ： 最 大 應(yīng) 力 是 板 周 邊 表 面 上 的 徑 向 彎 曲 應(yīng) 力 ，與 圓 板 材 料 完 全 無 關(guān) ， 與 簡 支 圓 板 相 比 ， 最 大 應(yīng)力 和 最 大 撓 度 較 小 ， 因 此 ， 要 使 圓 板 在

20、 承 受 載 荷后 有 較 小 的 最 大 撓 度 和 最 大 應(yīng) 力 ， 應(yīng) 使 圓 板 在 固支 條 件 下 受 載 。在周邊固支圓板中在周邊固支圓板中強度削弱強度削弱 不連續(xù)應(yīng)力不連續(xù)應(yīng)力 局部應(yīng)力局部應(yīng)力 焊接缺陷和殘余應(yīng)力焊接缺陷和殘余應(yīng)力 開孔接管部位的應(yīng)力集中開孔接管部位的應(yīng)力集中允許不另行補強的最大開孔直徑允許不另行補強的最大開孔直徑開孔最大直徑的限制開孔最大直徑的限制應(yīng)力分析法應(yīng)力分析法 在我國，壓力面積法尚不能作為合法的設(shè)計依據(jù)，當殼體開孔超出GB150規(guī)定時，該法只能參考使用。有效補強范圍有效補強范圍ntC1+2C2CtetBdi+2Ch1h2Cen（一）開孔削弱的面積（一）開孔削弱的面積)1 (2retfdAtntbrf其中：)1