(31)--9.2.1内压薄壁容器设计-内压容器设计理论与基本方程.ppt

内压薄壁容器-设计理论与基本方程目录目录CONTENTS010204030506080709薄壁容器设计的理论基础无力矩理论基本方程式基本方程式的应用筒体强度计算球壳强度计算设计参数最小厚度压力试验边缘应力一、薄壁容器设计的理论基础1.薄壁容器根据容器外径DO与内径Di的比值K来判断，当K 1.2为薄壁容器 K1.2则为厚壁容器一、薄壁容器设计的理论基础2.圆筒形薄壁容器承受内压时的应力p 只有拉应力无弯曲p“环向纤维”和“纵向纤维”受到拉力。p 1（或轴）圆筒母线方向 (即轴向)拉应力，p 2（或环）圆周方向的拉应力。简体一、薄壁容器设计的理论基础3.圆筒的应力计算轴向应力D-筒体平均直径，亦称中径，mm；简体一、薄壁容器设计的理论基础3.圆筒的应力计算环向应力简体一、薄壁容器设计的理论基础3.圆筒的应力计算分析：（1）薄壁圆筒受内压环向应力是轴向应力两倍。问题a：筒体上开椭圆孔，如何开？应使其短轴与筒体的轴线平行，以尽量减少开孔对纵截面的削弱程度使环向应力不致增加很多。一、薄壁容器设计的理论基础3.圆筒的应力计算分析：问题b：钢板卷制圆筒形容器,纵焊缝与环焊缝哪个易裂？筒体纵向焊缝受力大于环向焊缝，故纵焊缝易裂，施焊时应予以注意。一、薄壁容器设计的理论基础3.圆筒的应力计算（2）内压筒壁的应力和/D成反比，/D 值的大小体现着圆筒承压能力的高低。因此，分析一个设备能耐多大压力，不能只看厚度的绝对值。二、无力矩理论基本方程式1.基本概念与基本假设（1）基本概念 旋转壳体：壳体中面（等分壳体厚度）是任意直线或平面曲线作母线，绕其同平面内的轴线旋转一周而成的旋转曲面。1.基本概念与基本假设轴对称壳体的几何形状、约束条件和所受外力都是对称于某一轴。化工用的压力容器通常是轴对称问题。1.基本概念与基本假设旋转壳体的几何概念 母线与经线法线、平行圆第一曲率半径：经线曲率半径第二曲率半径：垂直于经线的平面与中面相割形成的曲线BE的曲率半径旋转壳体的几何特性1.基本概念与基本假设（2）基本假设 小位移假设 各点位移都远小于厚度。可用变形前尺寸代替变形后尺寸。变形分析中高阶微量可忽略。直线法假设 变形前垂直于中面直线段，变形后仍是直线并垂直于变形后的中面。变形前后法向线段长度不变。沿厚度各点法向位移相同，厚度不变。不挤压假设 各层纤维变形前后互不挤压。2.基本方程式无力矩理论是在旋转薄壳的受力分析中忽略了弯矩的作用。此时应力状态和承受内压的薄膜相似。又称薄膜理论。平衡方程区域平衡方程 无力矩理论基本方程式：三、基本方程式的应用1.受气体内压壳体的受力分析（1）圆筒形壳体 第一曲率半径R1=，第二曲率半径R2=D/21.受气体内压壳体的受力分析（2）球形壳体 R1=R2=D/2p 直径与内压相同，球壳内应力仅是圆筒形壳体环向应力的一半,即球形壳体的厚度仅需圆筒容器厚度的一半。p 当容器容积相同时，球表面积最小，故大型贮罐制成球形较为经济。1.受气体内压壳体的受力分析（3）圆锥形壳体圆锥形壳半锥角为，A点处半径为r，厚度为d，则在A点处：可得A点处的应力：锥形壳的受力分析1.受气体内压壳体的受力分析（3）圆锥形壳体 锥形壳体环向应力是经向应力两倍，随半锥角的增大而增大；角要选择合适，不宜太大。在锥形壳体大端r=R时，应力最大，在锥顶处，应力为零。因此，一般在锥顶开孔。1.受气体内压壳体的受力分析（4）椭圆形壳体 化工常用标准椭圆形封头，a/b=2，故 顶点处：边缘处：1.受气体内压壳体的受力分析（4）椭圆形壳体 椭圆壳经线为一椭圆，a、b分别为椭圆的长短轴半径。由此方程可得第一曲率半径为：1.受气体内压壳体的受力分析（4）椭圆形壳体 顶点应力最大，经向应力与环向应力是相等的拉应力。顶点的经向应力比边缘处的经向应力大一倍；顶点处的环向应力和边缘处相等但符号相反。应力值连续变化。标准椭圆壳的应力分布图2.受液体静压的圆筒形壳体的受力分析 筒壁上任一点的压力值（不考虑气体压力）为：根据式（10-3）、（10-4）可得：2.受液体静压的圆筒形壳体的受力分析 p 底部支承的圆筒（a），液体重量由支承传递给基础，筒壁不受液体轴向力作用，则1=0。p 上部支承的圆筒（b），液体重量使得圆筒壁受轴向力作用，在圆筒壁上产生经向应力：Thank You!