圆筒开孔原理.ppt

环保设备基础 圆筒开孔原理 环向、径向应力 * * 圆筒开孔的必要性 在日常的设备设计工作中，由于各种工艺和结构上的要求，为了使化工容器及设备能进行正常的操作以及安装、检修方便，不可避免地要在容器上开孔并安装接管等。 * 开孔或开孔接管部位应力集中 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中； 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力； 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起的应力集中。 开孔类型：壳体上的开孔一般为圆形、椭圆形或长圆形 * 圆筒最大开孔限制 * p0 图1 圆筒中的应力 研究在内压、外压作用下，圆筒中的应力 * 所谓环向、径向是根据应力方向与容器轴线相对位置而命名的。 * 挤压时塑性变形区内变形体单位截面上的应力状态，基本为三向压应力状态，即轴向压应力、周向压应力和径向压应力。 应力状态分类 * 1、轴向（经向）应力 对两端封闭的圆筒，横截面在变形后仍保持平面。所以，假设轴向应力沿壁厚方向均匀分布，得： ＝ A * 2、周向应力与径向应力 由于应力分布的不均匀性，进行应力分析时，必须从微元体着手，分析其应力和变形及它们之间的相互关系。 a. 微元体 b. 平衡方程 c. 几何方程 (位移－应变） d. 物理方程（应变－应力） e. 平衡、几何和物理方程综合—求解应力的微分方程 （求解微分方程，积分，边界条件定常数） * a. 微元体 如图1(c)、(d)所示，由圆柱面mn、m1n1和纵截面mm1、nn1组成，微元在轴线方向的长度为1单位。 b. 平衡方程 * m n 1 1 m n m n dr m n w+dw w 1 1 r d q 图2 厚壁圆筒中微元体的位移 c. 几何方程 (应力－应变） * c. 几何方程 径向应变 周向应变 变形协调方程 * d. 物理方程 * e. 平衡、几何和物理方程综合—求解应力的微分方程 * 边界条件为：当 时， ； 当 时， 。 由此得积分常数A和B为： * 周向应力 径向应力 轴向应力 称Lamè（拉美）公式 * 表1 圆筒的筒壁应力值 * 图3 圆筒中各应力分量分布 (a)仅受内压 (b)仅受外压 * 仅在内压作用下，筒壁中的应力分布规律： ①周向应力 及轴向应力 均为拉应力（正值）， 径向应力 为压应力（负值）。 * ②在数值上有如下规律： 内壁周向应力 有最大值，其值为： 外壁处减至最小，其值为： 内外壁 之差为 ； 径向应力内壁处为 ，随着 增加， 径向应力绝对值 逐渐减小，在外壁处 =0； 轴向应力为一常量，沿壁厚均匀分布，且为周向应力与径向应力 和的一半，即 * ③除 外，其它应力沿壁厚的不均匀程度与径比K值有关。 以 为例，外壁与内壁处的 周向应力 之比为： K值愈大不均匀程度愈严重， 当内壁材料开始出现屈服时， 外壁材料则没有达到屈服， 因此筒体材料强度不能得到充分的利用。 薄壁圆筒的应力分析