二壓力容器應(yīng)力分析與安全設(shè)計(jì)課件

二壓力容器應(yīng)力分析與安全設(shè)計(jì)二壓力容器應(yīng)力分析與安全設(shè)計(jì)1教學(xué)重點(diǎn)薄膜理論的應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)回轉(zhuǎn)薄殼的應(yīng)力分析教學(xué)重點(diǎn)薄膜理論的應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)回轉(zhuǎn)薄殼的應(yīng)力分析2載荷壓力容器應(yīng)力、應(yīng)變的變化2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析拉伸變形、彎曲變形載荷壓力容器應(yīng)力、應(yīng)變的變化2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析拉伸32.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析變形特點(diǎn)

當(dāng)容器內(nèi)部壓力PI大于外部壓力P外時(shí)，容器產(chǎn)生兩種變形：拉伸變形和彎曲變形，其中拉伸應(yīng)力σ拉遠(yuǎn)大于彎曲應(yīng)力σ彎。2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析變形特點(diǎn)當(dāng)容器內(nèi)部壓力P4中間面是一個(gè)由任何直線或平面曲線繞著同一平面內(nèi)的一條軸線回轉(zhuǎn)所構(gòu)成的回轉(zhuǎn)表面。2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)殼體薄壁殼體器壁的相對(duì)壁厚相對(duì)較小的殼體。內(nèi)徑和外徑的比值K≤1.1～1.2的殼體。中間面是一個(gè)由任何直線或平面曲線繞著同一平面內(nèi)的一條軸線回轉(zhuǎn)5基本假設(shè)2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析1.殼體處于兩向應(yīng)力狀態(tài)2.應(yīng)力沿壁厚方向均勻分布圖2-1薄壁圓筒在內(nèi)壓作用下的應(yīng)力分布基本假設(shè)2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析1.殼體處于兩向應(yīng)力狀態(tài)圖62.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析基本假設(shè)內(nèi)力薄膜內(nèi)力彎曲內(nèi)力橫向剪力彎矩扭矩薄膜理論彎曲理論2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析基本假設(shè)內(nèi)力薄膜內(nèi)力彎曲內(nèi)力橫向剪力72.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析薄膜應(yīng)力截面法圖2-2薄壁圓筒在壓力作用下的力平衡2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析薄膜應(yīng)力截面法圖2-2薄壁圓筒在壓82.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析應(yīng)力分析B點(diǎn)受力分析軸向：經(jīng)向應(yīng)力或軸向應(yīng)力σφ?qǐng)A周的切向：周向應(yīng)力σθ壁厚方向：徑向應(yīng)力σr（內(nèi)壓P）三向應(yīng)力狀態(tài)三向應(yīng)力狀態(tài)σφ,σθ＞＞σr薄壁圓筒B點(diǎn)的受力簡(jiǎn)化成二向應(yīng)力狀態(tài)2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析應(yīng)力分析B點(diǎn)受力分析軸向：經(jīng)向應(yīng)力或92.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析應(yīng)力求解軸向平衡周向平衡2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析應(yīng)力求解軸向平衡周向平衡102.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析一、回轉(zhuǎn)薄殼的幾何要素回轉(zhuǎn)薄殼：母線：極點(diǎn)：經(jīng)線平面：經(jīng)線：平行圓：中面是由一條平面曲線或直線繞同平面內(nèi)的軸線回轉(zhuǎn)而成。繞軸線回轉(zhuǎn)形成中面的平面曲線。通過回轉(zhuǎn)軸的平面與中面的交線。中面與回轉(zhuǎn)軸的平面與中面的交線。經(jīng)線平面與中面的交線。垂直于回轉(zhuǎn)軸的平面與中面的交線稱為平行圓。2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析一、回轉(zhuǎn)薄殼的幾何要素回轉(zhuǎn)薄殼：母112.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析中面法線：第一曲率半徑R1：平行圓半徑r：過中面上的點(diǎn)且垂直于中面的直線，法線必與回轉(zhuǎn)軸相交。經(jīng)線上點(diǎn)曲線半徑。垂直于經(jīng)線的平面與中面交線上點(diǎn)的曲率半徑。平行圓半徑。第二曲率半徑R2：2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析中面法線：第一曲率半徑R1：平行圓半122.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析圖2-3回轉(zhuǎn)殼微體上力的平衡二、殼體微元及其內(nèi)力分量2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析圖2-3回轉(zhuǎn)殼微體上力的平衡二、殼132.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析二、殼體微元及其內(nèi)力分量微元體經(jīng)線ab弧長(zhǎng)截線bd長(zhǎng)微元體abdc的面積壓力載荷微元截面上內(nèi)力2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析二、殼體微元及其內(nèi)力分量微元體經(jīng)線a142.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析三、微元平衡方程微體法線方向的力平衡微元體平衡方程，又稱拉普拉斯方程。2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析三、微元平衡方程微體法線方向的力平衡152.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析四、區(qū)域平衡方程圖2-4回轉(zhuǎn)殼體的區(qū)域平衡2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析四、區(qū)域平衡方程162.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析四、區(qū)域平衡方程壓力在O-O′軸方向產(chǎn)生的合力作用在截面m-m′上內(nèi)力的軸向分量微元平衡方程與區(qū)域平衡方程是薄膜理論的兩個(gè)基本方程。區(qū)域平衡方程式2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析四、區(qū)域平衡方程壓力在O-O′軸方向17二壓力容器應(yīng)力分析與安全設(shè)計(jì)課件182.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析五、薄膜理論的應(yīng)用承受氣體內(nèi)壓的回轉(zhuǎn)薄殼儲(chǔ)存液體的回轉(zhuǎn)薄殼球形薄殼薄壁圓筒錐形殼體橢球形殼體圓筒形殼體球形殼體2.1回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析五、薄膜理論的應(yīng)用承受氣體內(nèi)壓的回轉(zhuǎn)19二壓力容器應(yīng)力分析與安全設(shè)計(jì)課件20二壓力容器應(yīng)力分析與安全設(shè)計(jì)課件21二壓力容器應(yīng)力分析與安全設(shè)計(jì)課件22二壓力容器應(yīng)力分析與安全設(shè)計(jì)課件23二壓力容器應(yīng)力分析與安全設(shè)計(jì)課件24二壓力容器應(yīng)力分析與安全設(shè)計(jì)課件252.2.1壓力容器的載荷工作壓力重力載荷風(fēng)載荷地震載荷溫度載荷2.2壓力容器的安全設(shè)計(jì)參數(shù)2.2.1壓力容器的載荷工作壓力2.2壓力容器的安全設(shè)262.2.2壓力容器的應(yīng)力分類(1)一次總體薄膜應(yīng)力Pm(2)一次彎曲應(yīng)力Pb(3)一次局部薄膜應(yīng)力PL2.2壓力容器的安全設(shè)計(jì)參數(shù)一次應(yīng)力P二次應(yīng)力Q峰值應(yīng)力F應(yīng)力產(chǎn)出的原因機(jī)械載荷還是變形協(xié)調(diào)b.應(yīng)力的作用區(qū)域與分布形式整體還是局部2.2.2壓力容器的應(yīng)力分類(1)一次總體薄膜應(yīng)力Pm227(1)一次總體薄膜應(yīng)力Pm

沿厚度方向均勻分布的應(yīng)力(2)一次彎曲應(yīng)力Pb

沿截面厚度線性分布的應(yīng)力(3)一次局部薄膜應(yīng)力PL在總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)域，由內(nèi)壓或其他機(jī)械載荷產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力，但作用范圍是局部區(qū)域。2.2.2壓力容器的應(yīng)力分類(1)一次總體薄膜應(yīng)力Pm2.2.2壓力容器的應(yīng)力分類28如何區(qū)分一次總體薄膜應(yīng)力與一次局部薄膜應(yīng)力薄膜應(yīng)力沿經(jīng)線的作用長(zhǎng)度來劃分的：應(yīng)力強(qiáng)度＞1.1Sm

，延伸距離≤1.0Sm為設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度，R為第二曲率半徑，δ為最小厚度＞1.1Sm的兩個(gè)應(yīng)力區(qū)，延伸距離＞2.5，否則按總體薄膜應(yīng)力如何區(qū)分一次總體薄膜應(yīng)力與一次局部薄膜應(yīng)力薄膜應(yīng)力沿經(jīng)線的作29二次應(yīng)力Q由于容器自身的約束或相鄰部件間的相互約束所引起的正應(yīng)力或切應(yīng)力，變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生的。具有自限性。（1）總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的彎曲應(yīng)力；（2）總體熱應(yīng)力峰值應(yīng)力F（1）局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的彎曲應(yīng)力；（2）局部熱應(yīng)力高度的局部性與自限性二次應(yīng)力Q302.2.3壓力容器的局部應(yīng)力2.2壓力容器的安全設(shè)計(jì)參數(shù)邊緣應(yīng)力熱應(yīng)力制造偏差引起的附加應(yīng)力截面不圓引起的附加應(yīng)力錯(cuò)邊和角變形引起的附加應(yīng)力表明凹凸不平引起的附加應(yīng)力焊接接頭的局部應(yīng)力2.2.3壓力容器的局部應(yīng)力2.2壓力容器的安全設(shè)計(jì)參312.2.4壓力容器的設(shè)計(jì)2.2壓力容器的安全設(shè)計(jì)參數(shù)工作壓力：容器正常工作情況下，容器頂部可能出現(xiàn)的最高壓力。設(shè)計(jì)壓力：在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下，用以計(jì)算容器及元件強(qiáng)度尺寸的壓力。計(jì)算壁厚＋壁厚附加量＝設(shè)計(jì)壁厚名義壁厚為設(shè)計(jì)壁厚圓整有效壁厚＝名義壁厚－壁厚附加量2.2.4壓力容器的設(shè)計(jì)2.2壓力容器的安全設(shè)計(jì)參數(shù)322.2.5壓力容器的設(shè)計(jì)監(jiān)督管理A類、C類和SAD類壓力容器設(shè)計(jì)許可證由國(guó)家質(zhì)檢總局批準(zhǔn)、頒發(fā)；D類壓力容器的設(shè)計(jì)許可證由省級(jí)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門批準(zhǔn)、頒發(fā)。2.2.5壓力容器的設(shè)計(jì)監(jiān)督管理A類、C類和SA33表1壓力容器設(shè)計(jì)許可證的類別、級(jí)別劃分表類別級(jí)別