压力容器的强度与设计.pptx

压力容器强度与设计; 工程实际中，应用较多的是薄壁容器，并且，这些容器的几何形状常常是轴对称的，而且所受到的介质压力也常常是轴对称的，甚至于它的支座，或者说约束条件都对称于回转轴，我们把几何形状、所受外力、约束条件都对称于回转轴的问题称为轴对称问题。; （一）面 1、中间面：平分壳体厚度的曲面称为壳体的中间面，中间面与壳体内外表面等距离，它代表了壳体的几何特性。 2、回转曲面：由平面直线或平面曲线绕其同平面内的回转轴回转一周所形成的曲面。 3、回转壳体：由回转曲面作中间面形成的壳体称为回转壳体。;（二）线 1、母线：绕回转轴回转形成中间面的平面曲线。 2、经线：过回转轴的平面与中间面的交线。 3、法线：过中间面上的点且垂直于中间面的直线称为中间面在该点的法线（法线的延长线必与回转轴相交）。 4、纬线：以法线为母线绕回转轴回转一周所形成的圆锥法截面与中间面的交线。 5、平行圆：垂直于回转轴的平面与中间面的交线称平行圆。显然，平行圆即纬线。;（三）、半径 1、第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径为该点的“第一曲率半径”R1，R1=MK1。 数学公式： ;;二、薄壁容器及其应力特点 1、薄壁容器 容器的厚度与其最大截面圆的内径之比小于0.1，即S/Di0.1亦即K=Do/Di≤1.2（Do为容器的外径，Di为容器的内径，S为容器的厚度）的容器称为薄壁容器。 2、应力特点 在任何一个压力容器中，总是存在两类不同性质的应力： 薄膜应力——可用简单的无力矩理论计算 边缘应力——要用比较复杂的有力矩理论和变形协调条件才能计算。;三、回转壳体的无力矩理论及两个基本方程式 （一）壳体理论的基本概念 壳体在外载荷作用下，要引起壳体的弯曲，这种变形由壳体内的弯曲和中间面上的拉或压应力共同承担，求出这些内力或内力矩的理论称为一般壳体理论或有力矩理论，比较复杂； ;但是，对于壳体很薄，壳体具有连续的几何曲面，所 受外载荷连续，边界支承是自由的，壳体内的弯曲应 力与中间面的拉或压应力相比，中到可以忽略不计， 认为壳体的外载荷只是由中???面的应力来平衡，这种 处理方法，称为薄膜理论或无力矩理论。 1、有力矩理论 2、无力矩理论（应用无力矩理论，要假定壳体完全弹 性，材料具有连续性、均匀性各各向同性，此外，对 于薄壁壳体，通常采用以下三点假设使问题简化） 1）小位移假设 2）直法线假设 3）不挤压假设;（二）、回转壳体应力分析及基本方程式 1、区域平衡方程式 用截面法将壳体沿经线的法线方向切开，即在平 行园直径D处有垂直于经线的法向圆锥面截开，取下 部作脱离体，建立静力平衡方程式 。;分析可得：;②受力分析和平衡方程;分析后计算得：;（三）薄膜理论的适用条件 1、壳转壳体曲面在几何上是轴对称,壳体厚度无突变；曲率半径是连续变化的，材料是各向同性的，且物理性能（主要是E和μ）应当是相同的； 2、载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的； 3、壳体边界的固定形式应该是自由支承的； 4、壳体的边界力应当在壳体曲面的切平面内，要求在边界上无横剪力和弯矩。 5、S/Di≤0.1;一、受气体内压的圆筒形壳体;由区域平衡方程式 代入微体平衡方程式;② ;代入微体平衡方程式及区域平衡方程式并求解得：; 第二节 薄膜理论的应用; 第二节 薄膜理论的应用;2．第二曲率半径 采用作图法，如图，自任意点A（x,y）作经线的垂线，交回转轴于O点，则OA即为R2，根据几何关系，得;第二节 薄膜理论的应用;4、椭圆形封头上的应力分布 由上述应力计算公式可以得到：;（3）环向应力σθ，在x＝0处， σθ0；在x＝a处，有三种情况：;第二节 薄膜理论的应用;四、受气体内压的锥形壳体;五、受气体内压的碟形壳;第二节 薄膜理论的应用;第二节 薄膜理论的应用;;第二节 薄膜理论的应用;;2、 材料的许用应力 ，是通过拉(压)试验或纯剪试 验测定试件在破坏时其横截面上的极限应力,以 此极限应力作为强度指标,除以适当的安全系数 而得。即根据相应的试验结果建立的强度条件。; 根据材料在复杂应力状态下破坏时的一些现象与 形式 ,进行分析,提出破坏原因的假说,在这些假说的 基础上,可利用材料在单向应力状态时的试验结果 , 来建立材料在复杂应力状态下的强度条件。 ; 基本观点; 2. 屈服失效: 材料出现显著的塑性变形而丧 失其正常的工作能力。; 引起破坏的某一共同因素; 2、 同种材料,不同应