压力容器零部件的结构和计算.pdf

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1、1 压力压力压力压力压力压力压力压力容器零部件容器零部件容器零部件容器零部件容器零部件容器零部件容器零部件容器零部件的结构和计算的结构和计算的结构和计算的结构和计算的结构和计算的结构和计算的结构和计算的结构和计算 2002002002002002002002007 7 7 7 7 7 7 7年年年年年年年年7 7 7 7 7 7 7 7月月月月月月月月 武汉工程大学化工设备设计研究所武汉工程大学化工设备设计研究所武汉工程大学化工设备设计研究所武汉工程大学化工设备设计研究所武汉工程大学化工设备设计研究所武汉工程大学化工设备设计研究所武汉工程大学化工设备设计研究所武汉工程大学化工设备设计研究所 2

2、 本次课程主要内容本次课程主要内容本次课程主要内容本次课程主要内容 1 1 1 1、压力容器设计方法、压力容器设计方法、压力容器设计方法、压力容器设计方法 2 2 2 2、压力容器失效形式、压力容器失效形式、压力容器失效形式、压力容器失效形式 3 3 3 3、强度判据和强度理论、强度判据和强度理论、强度判据和强度理论、强度判据和强度理论 4 4 4 4、圆筒的厚度计算、圆筒的厚度计算、圆筒的厚度计算、圆筒的厚度计算 5 5 5 5、封头的厚度计算、封头的厚度计算、封头的厚度计算、封头的厚度计算 6 6 6 6、压力容器开孔及补强设计、压力容器开孔及补强设计、压力容器开孔及补强设计、压力容器开孔

3、及补强设计 3 1. 1. 1. 1.压力容器设计方法压力容器设计方法压力容器设计方法压力容器设计方法 常规设计：常规设计：常规设计：常规设计：常规设计：常规设计：常规设计：常规设计： 它以它以薄膜应力分析薄膜应力分析和和弹性弹性 失效设计准则失效设计准则为基础进行压为基础进行压 力容器的强度设计，在开孔力容器的强度设计，在开孔 接管等局部应力较复杂的部接管等局部应力较复杂的部 位采用经验设计的方法进行位采用经验设计的方法进行 处理。处理。 只考虑单一载荷，不考虑只考虑单一载荷，不考虑 交变载荷、容器的疲劳寿命。交变载荷、容器的疲劳寿命。 目前各国压力容器设计中目前各国压力容器设计中 仍大量采

4、用常规设计的方法仍大量采用常规设计的方法 分析设计：分析设计：分析设计：分析设计：分析设计：分析设计：分析设计：分析设计： 必须先进行详细的应力分必须先进行详细的应力分 析，即通过解析法或数值方析，即通过解析法或数值方 法，将各种外载荷或变形约法，将各种外载荷或变形约 束束产生的应力产生的应力分别计算出分别计算出 来，然后进行应力分类，再来，然后进行应力分类，再 按按不同的设计准则不同的设计准则来限制，来限制， 保证容器在使用期内不发生保证容器在使用期内不发生 各种形式的失效。各种形式的失效。 分析设计可应用于分析设计可应用于承受各承受各 种载荷、任意结构形式的压种载荷、任意结构形式的压 力容

5、器设计力容器设计，克服了常规设，克服了常规设 计的不足计的不足 4 2 2 2 2压力容器失效形式压力容器失效形式压力容器失效形式压力容器失效形式 1 1 1 1 1 1 1 1、失效的概念、失效的概念、失效的概念、失效的概念、失效的概念、失效的概念、失效的概念、失效的概念 压力容器因机械载荷或温度载荷过高而压力容器因机械载荷或温度载荷过高而压力容器因机械载荷或温度载荷过高而压力容器因机械载荷或温度载荷过高而压力容器因机械载荷或温度载荷过高而压力容器因机械载荷或温度载荷过高而压力容器因机械载荷或温度载荷过高而压力容器因机械载荷或温度载荷过高而 丧失正常工作能力。丧失正常工作能力。丧失正常工作能

6、力。丧失正常工作能力。丧失正常工作能力。丧失正常工作能力。丧失正常工作能力。丧失正常工作能力。 2 2 2 2 2 2 2 2、压力容器及过程设备的失效形式、压力容器及过程设备的失效形式、压力容器及过程设备的失效形式、压力容器及过程设备的失效形式、压力容器及过程设备的失效形式、压力容器及过程设备的失效形式、压力容器及过程设备的失效形式、压力容器及过程设备的失效形式 强度失效强度失效强度失效强度失效强度失效强度失效强度失效强度失效 刚度失效刚度失效刚度失效刚度失效刚度失效刚度失效刚度失效刚度失效 失稳失效失稳失效失稳失效失稳失效失稳失效失稳失效失稳失效失稳失效 泄漏失效泄漏失效泄漏失效泄漏失效泄

7、漏失效泄漏失效泄漏失效泄漏失效 5 2 2 2 2压力容器失效形式压力容器失效形式压力容器失效形式压力容器失效形式 1 1 1 1 1 1 1 1、强度失效、强度失效、强度失效、强度失效、强度失效、强度失效、强度失效、强度失效 因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称 为强度失效。容器中某最大应力点超过屈服点为强度失效。容器中某最大应

8、力点超过屈服点为强度失效。容器中某最大应力点超过屈服点为强度失效。容器中某最大应力点超过屈服点为强度失效。容器中某最大应力点超过屈服点为强度失效。容器中某最大应力点超过屈服点为强度失效。容器中某最大应力点超过屈服点为强度失效。容器中某最大应力点超过屈服点 后就会出现不可恢复的变形。随着载荷的增后就会出现不可恢复的变形。随着载荷的增后就会出现不可恢复的变形。随着载荷的增后就会出现不可恢复的变形。随着载荷的增后就会出现不可恢复的变形。随着载荷的增后就会出现不可恢复的变形。随着载荷的增后就会出现不可恢复的变形。随着载荷的增后就会出现不可恢复的变形。随着载荷的增 大，容器的朔性区不断扩大，当载荷大到某

9、一大，容器的朔性区不断扩大，当载荷大到某一大，容器的朔性区不断扩大，当载荷大到某一大，容器的朔性区不断扩大，当载荷大到某一大，容器的朔性区不断扩大，当载荷大到某一大，容器的朔性区不断扩大，当载荷大到某一大，容器的朔性区不断扩大，当载荷大到某一大，容器的朔性区不断扩大，当载荷大到某一 极限时，朔性区就会扩展到一定的一定范围，极限时，朔性区就会扩展到一定的一定范围，极限时，朔性区就会扩展到一定的一定范围，极限时，朔性区就会扩展到一定的一定范围，极限时，朔性区就会扩展到一定的一定范围，极限时，朔性区就会扩展到一定的一定范围，极限时，朔性区就会扩展到一定的一定范围，极限时，朔性区就会扩展到一定的一定范

10、围， 容器便会失去了承载能力。容器便会失去了承载能力。容器便会失去了承载能力。容器便会失去了承载能力。容器便会失去了承载能力。容器便会失去了承载能力。容器便会失去了承载能力。容器便会失去了承载能力。 2 2 2 2 2 2 2 2、刚度失效、刚度失效、刚度失效、刚度失效、刚度失效、刚度失效、刚度失效、刚度失效 由于构件过度的弹性变形引起的失效，称为刚度失效。由于构件过度的弹性变形引起的失效，称为刚度失效。由于构件过度的弹性变形引起的失效，称为刚度失效。由于构件过度的弹性变形引起的失效，称为刚度失效。由于构件过度的弹性变形引起的失效，称为刚度失效。由于构件过度的弹性变形引起的失效，称为刚度失效。

11、由于构件过度的弹性变形引起的失效，称为刚度失效。由于构件过度的弹性变形引起的失效，称为刚度失效。 例如，露天立置的塔在风载荷作用下，若发生过大的例如，露天立置的塔在风载荷作用下，若发生过大的例如，露天立置的塔在风载荷作用下，若发生过大的例如，露天立置的塔在风载荷作用下，若发生过大的例如，露天立置的塔在风载荷作用下，若发生过大的例如，露天立置的塔在风载荷作用下，若发生过大的例如，露天立置的塔在风载荷作用下，若发生过大的例如，露天立置的塔在风载荷作用下，若发生过大的 弯曲变形，会破坏塔的正常工作或塔体受到过大的弯弯曲变形，会破坏塔的正常工作或塔体受到过大的弯弯曲变形，会破坏塔的正常工作或塔体受到过

12、大的弯弯曲变形，会破坏塔的正常工作或塔体受到过大的弯弯曲变形，会破坏塔的正常工作或塔体受到过大的弯弯曲变形，会破坏塔的正常工作或塔体受到过大的弯弯曲变形，会破坏塔的正常工作或塔体受到过大的弯弯曲变形，会破坏塔的正常工作或塔体受到过大的弯 曲应力。曲应力。曲应力。曲应力。曲应力。曲应力。曲应力。曲应力。 6 2 2 2 2压力容器失效形式压力容器失效形式压力容器失效形式压力容器失效形式 3 3 3 3 3 3 3 3、失稳失效、失稳失效、失稳失效、失稳失效、失稳失效、失稳失效、失稳失效、失稳失效 在压应力作用下，压力容器突然失去其原在压应力作用下，压力容器突然失去其原在压应力作用下，压力容器突然

13、失去其原在压应力作用下，压力容器突然失去其原在压应力作用下，压力容器突然失去其原在压应力作用下，压力容器突然失去其原在压应力作用下，压力容器突然失去其原在压应力作用下，压力容器突然失去其原 有的规则几何形状引起的失效称为失稳失效有的规则几何形状引起的失效称为失稳失效有的规则几何形状引起的失效称为失稳失效有的规则几何形状引起的失效称为失稳失效有的规则几何形状引起的失效称为失稳失效有的规则几何形状引起的失效称为失稳失效有的规则几何形状引起的失效称为失稳失效有的规则几何形状引起的失效称为失稳失效 4 4 4 4 4 4 4 4、腐蚀失效、腐蚀失效、腐蚀失效、腐蚀失效、腐蚀失效、腐蚀失效、腐蚀失效、腐

14、蚀失效 是指与介质接触的器壁受到腐蚀性介质的侵蚀而受到是指与介质接触的器壁受到腐蚀性介质的侵蚀而受到是指与介质接触的器壁受到腐蚀性介质的侵蚀而受到是指与介质接触的器壁受到腐蚀性介质的侵蚀而受到是指与介质接触的器壁受到腐蚀性介质的侵蚀而受到是指与介质接触的器壁受到腐蚀性介质的侵蚀而受到是指与介质接触的器壁受到腐蚀性介质的侵蚀而受到是指与介质接触的器壁受到腐蚀性介质的侵蚀而受到 的破坏。的破坏。的破坏。的破坏。的破坏。的破坏。的破坏。的破坏。 7 3. 3. 3. 3.3. 3. 3. 3.强度判据和强度理论强度判据和强度理论强度判据和强度理论强度判据和强度理论强度判据和强度理论强度判据和强度理论

15、强度判据和强度理论强度判据和强度理论 以以以以以以以以壳体主体的基本薄膜应力壳体主体的基本薄膜应力壳体主体的基本薄膜应力壳体主体的基本薄膜应力壳体主体的基本薄膜应力壳体主体的基本薄膜应力壳体主体的基本薄膜应力壳体主体的基本薄膜应力不超过不超过不超过不超过不超过不超过不超过不超过材料的许用应材料的许用应材料的许用应材料的许用应材料的许用应材料的许用应材料的许用应材料的许用应 力值力值力值力值力值力值力值力值；而对于因总体结构不连续的附加应力，以应力；而对于因总体结构不连续的附加应力，以应力；而对于因总体结构不连续的附加应力，以应力；而对于因总体结构不连续的附加应力，以应力；而对于因总体结构不连续

16、的附加应力，以应力；而对于因总体结构不连续的附加应力，以应力；而对于因总体结构不连续的附加应力，以应力；而对于因总体结构不连续的附加应力，以应力 增强系数的形式引入壁厚计算公式。增强系数的形式引入壁厚计算公式。增强系数的形式引入壁厚计算公式。增强系数的形式引入壁厚计算公式。增强系数的形式引入壁厚计算公式。增强系数的形式引入壁厚计算公式。增强系数的形式引入壁厚计算公式。增强系数的形式引入壁厚计算公式。 我国压力容器设计标准我国压力容器设计标准我国压力容器设计标准我国压力容器设计标准我国压力容器设计标准我国压力容器设计标准我国压力容器设计标准我国压力容器设计标准GB150GB150GB150GB1

17、50GB150GB150GB150GB150采用的强度采用的强度采用的强度采用的强度采用的强度采用的强度采用的强度采用的强度 判据是判据是判据是判据是判据是判据是判据是判据是弹性失效准则弹性失效准则弹性失效准则弹性失效准则弹性失效准则弹性失效准则弹性失效准则弹性失效准则 认为容器只有完全处于弹性状态时，才是安全认为容器只有完全处于弹性状态时，才是安全认为容器只有完全处于弹性状态时，才是安全认为容器只有完全处于弹性状态时，才是安全认为容器只有完全处于弹性状态时，才是安全认为容器只有完全处于弹性状态时，才是安全认为容器只有完全处于弹性状态时，才是安全认为容器只有完全处于弹性状态时，才是安全 的，一

18、旦结构内某点计算应力进入朔性范围，即达到的，一旦结构内某点计算应力进入朔性范围，即达到的，一旦结构内某点计算应力进入朔性范围，即达到的，一旦结构内某点计算应力进入朔性范围，即达到的，一旦结构内某点计算应力进入朔性范围，即达到的，一旦结构内某点计算应力进入朔性范围，即达到的，一旦结构内某点计算应力进入朔性范围，即达到的，一旦结构内某点计算应力进入朔性范围，即达到 或超过材料的屈服点，即认为容器失效了。或超过材料的屈服点，即认为容器失效了。或超过材料的屈服点，即认为容器失效了。或超过材料的屈服点，即认为容器失效了。或超过材料的屈服点，即认为容器失效了。或超过材料的屈服点，即认为容器失效了。或超过材

19、料的屈服点，即认为容器失效了。或超过材料的屈服点，即认为容器失效了。 8 3. 3. 3. 3.3. 3. 3. 3.第一强度理论（最大主应力理论）第一强度理论（最大主应力理论）第一强度理论（最大主应力理论）第一强度理论（最大主应力理论）第一强度理论（最大主应力理论）第一强度理论（最大主应力理论）第一强度理论（最大主应力理论）第一强度理论（最大主应力理论） 材料无论在什么状态下，当三个主应力中材料无论在什么状态下，当三个主应力中材料无论在什么状态下，当三个主应力中材料无论在什么状态下，当三个主应力中材料无论在什么状态下，当三个主应力中材料无论在什么状态下，当三个主应力中材料无论在什么状态下，当

20、三个主应力中材料无论在什么状态下，当三个主应力中 有一个在简单拉伸或压缩时发生的破坏的数值有一个在简单拉伸或压缩时发生的破坏的数值有一个在简单拉伸或压缩时发生的破坏的数值有一个在简单拉伸或压缩时发生的破坏的数值有一个在简单拉伸或压缩时发生的破坏的数值有一个在简单拉伸或压缩时发生的破坏的数值有一个在简单拉伸或压缩时发生的破坏的数值有一个在简单拉伸或压缩时发生的破坏的数值 时，材料便认为是已经破坏了。时，材料便认为是已经破坏了。时，材料便认为是已经破坏了。时，材料便认为是已经破坏了。时，材料便认为是已经破坏了。时，材料便认为是已经破坏了。时，材料便认为是已经破坏了。时，材料便认为是已经破坏了。 1

21、 对于内压薄壁容器的回转壳体，周向应力对于内压薄壁容器的回转壳体，周向应力对于内压薄壁容器的回转壳体，周向应力对于内压薄壁容器的回转壳体，周向应力即为第一主应力，经向应力即为第一主应力，经向应力即为第一主应力，经向应力即为第一主应力，经向应力 为第二主应力为第二主应力为第二主应力为第二主应力 经向应力经向应力经向应力经向应力 另一个主应力是径向应力另一个主应力是径向应力另一个主应力是径向应力另一个主应力是径向应力 r 9 无力矩理论（薄膜理论）无力矩理论（薄膜理论）无力矩理论（薄膜理论）无力矩理论（薄膜理论）无力矩理论（薄膜理论）无力矩理论（薄膜理论）无力矩理论（薄膜理论）无力矩理论（薄膜理论

22、） 假定壁厚与直径相比很小，认为壁厚很薄假定壁厚与直径相比很小，认为壁厚很薄假定壁厚与直径相比很小，认为壁厚很薄假定壁厚与直径相比很小，认为壁厚很薄假定壁厚与直径相比很小，认为壁厚很薄假定壁厚与直径相比很小，认为壁厚很薄假定壁厚与直径相比很小，认为壁厚很薄假定壁厚与直径相比很小，认为壁厚很薄 几乎像薄膜一样，只承受拉应力或压应力，不几乎像薄膜一样，只承受拉应力或压应力，不几乎像薄膜一样，只承受拉应力或压应力，不几乎像薄膜一样，只承受拉应力或压应力，不几乎像薄膜一样，只承受拉应力或压应力，不几乎像薄膜一样，只承受拉应力或压应力，不几乎像薄膜一样，只承受拉应力或压应力，不几乎像薄膜一样，只承受拉应

23、力或压应力，不 承受弯矩，且认为壳体内的应力沿厚度是均匀承受弯矩，且认为壳体内的应力沿厚度是均匀承受弯矩，且认为壳体内的应力沿厚度是均匀承受弯矩，且认为壳体内的应力沿厚度是均匀承受弯矩，且认为壳体内的应力沿厚度是均匀承受弯矩，且认为壳体内的应力沿厚度是均匀承受弯矩，且认为壳体内的应力沿厚度是均匀承受弯矩，且认为壳体内的应力沿厚度是均匀 分布的。这种器壁应力又称为分布的。这种器壁应力又称为分布的。这种器壁应力又称为分布的。这种器壁应力又称为分布的。这种器壁应力又称为分布的。这种器壁应力又称为分布的。这种器壁应力又称为分布的。这种器壁应力又称为薄膜应力。薄膜应力。薄膜应力。薄膜应力。薄膜应力。薄膜

24、应力。薄膜应力。薄膜应力。 o /1.2 i KDD= 薄壁壳体薄壁壳体薄壁壳体薄壁壳体在内压作用下必产生应力而向外变形，在内压作用下必产生应力而向外变形，在内压作用下必产生应力而向外变形，在内压作用下必产生应力而向外变形， 使其曲率半径增大，故必存在拉伸和弯曲应力。使其曲率半径增大，故必存在拉伸和弯曲应力。使其曲率半径增大，故必存在拉伸和弯曲应力。使其曲率半径增大，故必存在拉伸和弯曲应力。 在特定条件下，认为，弯曲应力相对于拉伸应在特定条件下，认为，弯曲应力相对于拉伸应在特定条件下，认为，弯曲应力相对于拉伸应在特定条件下，认为，弯曲应力相对于拉伸应 力可以忽略，采用这近似方法分析薄壁壳体的力

25、可以忽略，采用这近似方法分析薄壁壳体的力可以忽略，采用这近似方法分析薄壁壳体的力可以忽略，采用这近似方法分析薄壁壳体的 理论为无力矩理论。理论为无力矩理论。理论为无力矩理论。理论为无力矩理论。 10 薄壁圆筒的应力薄壁圆筒的应力薄壁圆筒的应力薄壁圆筒的应力 薄壁圆筒的应力薄壁圆筒的应力薄壁圆筒的应力薄壁圆筒的应力薄壁圆筒的应力薄壁圆筒的应力薄壁圆筒的应力薄壁圆筒的应力 基本假设基本假设 基本假设基本假设 壳体材料连续、均匀、各向同性；壳体材料连续、均匀、各向同性； 受载后的变形是弹性小变形；受载后的变形是弹性小变形； 壳壁各层纤维在变形后互不挤压。壳壁各层纤维在变形后互不挤压。 图图 薄壁圆筒

26、在内压作用下的应力薄壁圆筒在内压作用下的应力 典型的典型的 薄壁圆筒薄壁圆筒 经向应力或轴向应力经向应力或轴向应力经向应力或轴向应力经向应力或轴向应力 周向应力或环向应力周向应力或环向应力周向应力或环向应力周向应力或环向应力 11 二向应力状态二向应力状态二向应力状态二向应力状态 薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续） 薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续） B B B B点受力分析点受力分析 B B B B点受力分析点受力分析 内

27、压内压P P P P B B B B点点 轴向：经向应力或轴向应力轴向：经向应力或轴向应力 圆周的切线方向：周向应力或环向应力圆周的切线方向：周向应力或环向应力 壁厚方向：径向应力壁厚方向：径向应力r r r r 三向应力状态三向应力状态三向应力状态三向应力状态 、 、 r r r r 12 截面法截面法 p p p p (a)(a)(a)(a) (b)(b)(b)(b) y y y y x x x x D D D D i i i i t t 图图 薄壁圆筒在压力作用下的力平衡薄壁圆筒在压力作用下的力平衡 薄壳圆筒的应力薄壳圆筒的应力薄壳圆筒的应力薄壳圆筒的应力 薄壳圆筒的应力薄壳圆筒的应力薄

28、壳圆筒的应力薄壳圆筒的应力薄壳圆筒的应力薄壳圆筒的应力薄壳圆筒的应力薄壳圆筒的应力 轴向外力轴向外力轴向外力轴向外力轴向外力轴向外力轴向外力轴向外力 pD 2 4 轴向内力轴向内力轴向内力轴向内力轴向内力轴向内力轴向内力轴向内力 Dt 13 轴向平衡轴向平衡 轴向平衡轴向平衡 pD 2 4 Dt = = = = t pD 4 = = = = 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续） 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的

29、应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续） 14 截面法截面法 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续） 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续） p p p p (a)(a)(a)(a) (b)(b)(b)

30、(b) y y y y x x x x D D D D i i i i t t 作用作用作用作用作用作用作用作用y y y y y y y y截面截面截面截面截面截面截面截面x x x x x x x x方向内力方向内力方向内力方向内力方向内力方向内力方向内力方向内力 半圆环上外力半圆环上外力半圆环上外力半圆环上外力半圆环上外力半圆环上外力半圆环上外力半圆环上外力 2 0 2sin i pRd 2t 15 周向平衡周向平衡 周向平衡周向平衡 tdpRi2sin2 2 0 = t pD 2 = t pD 4 = = = = 2= 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 薄壳圆筒的应力（续

31、）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续） 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续）薄壳圆筒的应力（续） 周向应力或环向应力周向应力或环向应力周向应力或环向应力周向应力或环向应力 经向应力或轴向应力经向应力或轴向应力经向应力或轴向应力经向应力或轴向应力 16 圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算 = = 0

32、 4 2 r pD pD 容器圆筒承受均匀内压容器圆筒承受均匀内压容器圆筒承受均匀内压容器圆筒承受均匀内压容器圆筒承受均匀内压容器圆筒承受均匀内压容器圆筒承受均匀内压容器圆筒承受均匀内压 作用时，其器壁中产作用时，其器壁中产作用时，其器壁中产作用时，其器壁中产作用时，其器壁中产作用时，其器壁中产作用时，其器壁中产作用时，其器壁中产 生如下薄膜应力生如下薄膜应力生如下薄膜应力生如下薄膜应力生如下薄膜应力生如下薄膜应力生如下薄膜应力生如下薄膜应力( ( ( ( ( ( ( (设圆筒的平均直径为设圆筒的平均直径为设圆筒的平均直径为设圆筒的平均直径为设圆筒的平均直径为设圆筒的平均直径为设圆筒的平均直径

33、为设圆筒的平均直径为D,D,D,D,D,D,D,D,壁厚为壁厚为壁厚为壁厚为壁厚为壁厚为壁厚为壁厚为 ) ) ) ) ) ) ) ) 第一强度理论第一强度理论第一强度理论第一强度理论 t pD 2 1 = 17 圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算 ti Dp 2 )( + t pD 2 1 = += i DD c t ic p Dp = 2 圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围 K K K K1

34、.51.51.51.5，等价于，等价于，等价于，等价于PcPcPcPc0.40.40.40.4tttt 18 圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算圆筒的厚度计算 t c p 4 . 0 0 1.5 i D K D = 圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围圆筒中径公式适用范围 01 22 i DD K ii DD + + += 01 22 i DD K i D = 2 2 t CC Di D PP + = 1 2(1) t K CK

35、 P + = K K K K1.51.51.51.5，等价于，等价于，等价于，等价于PcPcPcPc0.40.40.40.4 t t t t 19 圆筒的设计圆筒的设计圆筒的设计圆筒的设计 1 1 1 1）应力状况）应力状况：两向薄膜应力、环向应力为轴向应力的两两向薄膜应力、环向应力为轴向应力的两 倍。倍。 2 2 2 2）壁厚计算公式：）壁厚计算公式： 符号说明见符号说明见GB 150GB 150GB 150GB 150。称中径公式：适用范围，称中径公式：适用范围，K K K K1.51.51.51.5， 等价于等价于PcPcPcPc0.40.40.40.4 t t t t 3 3 3 3）

36、公式来由：公式来由：内压圆筒壁厚计算公式是从圆筒与内压的内压圆筒壁厚计算公式是从圆筒与内压的 静力平衡条件得出的。静力平衡条件得出的。 c t ic p Dp = 2 20 几个厚度之间关系几个厚度之间关系几个厚度之间关系几个厚度之间关系几个厚度之间关系几个厚度之间关系几个厚度之间关系几个厚度之间关系 c t ic p Dp = 2 1 1 1 1 1 1 1 1、计算厚度、计算厚度、计算厚度、计算厚度、计算厚度、计算厚度、计算厚度、计算厚度 2 2 2 2 2 2 2 2、设计厚度、设计厚度、设计厚度、设计厚度、设计厚度、设计厚度、设计厚度、设计厚度 d 2 C d += 3 3 3 3 3

37、 3 3 3、名义厚度、名义厚度、名义厚度、名义厚度、名义厚度、名义厚度、名义厚度、名义厚度 n += 1 C dn 圆整量，圆整量，圆整量，圆整量， (C(C(C(C1 1 1 1为钢材厚度负偏差为钢材厚度负偏差为钢材厚度负偏差为钢材厚度负偏差) ) ) )。 4 4 4 4 4 4 4 4、有效厚度、有效厚度、有效厚度、有效厚度、有效厚度、有效厚度、有效厚度、有效厚度 e C nd = nde 21 例题例题例题例题例题例题例题例题1 1 1 1 1 1 1 1 例例1 1 一个内压圆筒，设计压力一个内压圆筒，设计压力p p0.8MPa0.8MPa，设计温度，设计温度t t100 100

38、， 圆筒内径圆筒内径DiDi1000mm1000mm，焊缝采用双面对焊，局部无损探伤；，焊缝采用双面对焊，局部无损探伤； 工作介质对碳钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率为工作介质对碳钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率为 KaKa0.1mm0.1mmy y，设计受命，设计受命B B20y20y，试在，试在Q235-BQ235-B、16MnR16MnR两种材两种材 料中选用两种作筒体材料，并分别确定两种材料下简体壁厚各料中选用两种作筒体材料，并分别确定两种材料下简体壁厚各 为多少，由计算结果讨论选择哪种材料更省料。为多少，由计算结果讨论选择哪种材料更省料。 22 解解: :工作介质对碳钢、低合金钢有轻

39、微腐蚀工作介质对碳钢、低合金钢有轻微腐蚀,C,C 2 2 =0.1x20=2mm.=0.1x20=2mm. 焊缝采用双面对焊，局部无损探伤焊缝采用双面对焊，局部无损探伤 =0.85=0.85 筒体材料筒体材料 Q235-BQ235-B 插插GB150 =113MPaGB150 =113MPa 计算厚度按计算厚度按 t c t ic p Dp = 2 0.8 1000 2 113 0.85 0.8 4.18mm = = 设计厚度设计厚度 2 4.1826.18 d Cmm=+=+= 钢材厚度负偏差钢材厚度负偏差 1 0.8Cmm= 名义厚度名义厚度 1 6.780.67.488 nd Cmm=+

40、=+= 检查检查: : t没变化没变化, ,故名义厚度故名义厚度 8 n mm= 23 解解: :工作介质对碳钢、低合金钢有轻微腐蚀工作介质对碳钢、低合金钢有轻微腐蚀,C,C 2 2 =0.1x20=2mm.=0.1x20=2mm. 焊缝采用双面对焊，局部无损探伤焊缝采用双面对焊，局部无损探伤 =0.85=0.85 筒体材料筒体材料16MnR16MnR 插插GB150 =170MPaGB150 =170MPa 计算厚度按计算厚度按 t c t ic p Dp = 2 0.8 1000 2 170 0.85 0.8 2.78mm = = 设计厚度设计厚度2 2.7824.78 d Cmm=+=+

41、= 钢材厚度负偏差钢材厚度负偏差 1 0C= 名义厚度名义厚度 1 4.786 nd Cmm=+= 检查检查: : t没变化没变化, ,故名义厚度故名义厚度 6 n mm= 结论结论结论结论结论结论结论结论: : : : : : : :对对对对对对对对Q235-B Q235-B Q235-B Q235-B Q235-B Q235-B Q235-B Q235-B 名义厚度名义厚度名义厚度名义厚度名义厚度名义厚度名义厚度名义厚度8mm,16MnR8mm,16MnR8mm,16MnR8mm,16MnR8mm,16MnR8mm,16MnR8mm,16MnR8mm,16MnR名义厚度名义厚度名义厚度名义

42、厚度名义厚度名义厚度名义厚度名义厚度 6mm,6mm,6mm,6mm,6mm,6mm,6mm,6mm,从经济性考虑最终选用从经济性考虑最终选用从经济性考虑最终选用从经济性考虑最终选用从经济性考虑最终选用从经济性考虑最终选用从经济性考虑最终选用从经济性考虑最终选用Q235-B Q235-B Q235-B Q235-B Q235-B Q235-B Q235-B Q235-B 为宜为宜为宜为宜为宜为宜为宜为宜. . . . . . . . 24 球壳的厚度计算球壳的厚度计算球壳的厚度计算球壳的厚度计算球壳的厚度计算球壳的厚度计算球壳的厚度计算球壳的厚度计算 球形容器的壳体，在承受均匀内压球形容器的壳

43、体，在承受均匀内压球形容器的壳体，在承受均匀内压球形容器的壳体，在承受均匀内压球形容器的壳体，在承受均匀内压球形容器的壳体，在承受均匀内压球形容器的壳体，在承受均匀内压球形容器的壳体，在承受均匀内压 作用时，作用时，作用时，作用时，作用时，作用时，作用时，作用时， 其周向薄膜应力与环向薄膜应力相等，即其周向薄膜应力与环向薄膜应力相等，即其周向薄膜应力与环向薄膜应力相等，即其周向薄膜应力与环向薄膜应力相等，即其周向薄膜应力与环向薄膜应力相等，即其周向薄膜应力与环向薄膜应力相等，即其周向薄膜应力与环向薄膜应力相等，即其周向薄膜应力与环向薄膜应力相等，即 第一强度理论第一强度理论第一强度理论第一强度

44、理论 = 0 4 r pD 1 4 t pD = 考虑了容器内直径与平均直径的关系和焊接接头系考虑了容器内直径与平均直径的关系和焊接接头系考虑了容器内直径与平均直径的关系和焊接接头系考虑了容器内直径与平均直径的关系和焊接接头系考虑了容器内直径与平均直径的关系和焊接接头系考虑了容器内直径与平均直径的关系和焊接接头系考虑了容器内直径与平均直径的关系和焊接接头系考虑了容器内直径与平均直径的关系和焊接接头系 数后，球壳的计算厚度公式为数后，球壳的计算厚度公式为数后，球壳的计算厚度公式为数后，球壳的计算厚度公式为数后，球壳的计算厚度公式为数后，球壳的计算厚度公式为数后，球壳的计算厚度公式为数后，球壳的计

45、算厚度公式为 c t ic p Dp = 4 25 球壳的厚度计算球壳的厚度计算球壳的厚度计算球壳的厚度计算球壳的厚度计算球壳的厚度计算球壳的厚度计算球壳的厚度计算 1 1 1 1 1 1 1 1、球壳中径公式适用范围、球壳中径公式适用范围、球壳中径公式适用范围、球壳中径公式适用范围、球壳中径公式适用范围、球壳中径公式适用范围、球壳中径公式适用范围、球壳中径公式适用范围 2 2 2 2 2 2 2 2、球壳的应力校核公式为、球壳的应力校核公式为、球壳的应力校核公式为、球壳的应力校核公式为、球壳的应力校核公式为、球壳的应力校核公式为、球壳的应力校核公式为、球壳的应力校核公式为 t c p 6 .

46、 0 t e eict Dp 4 )( + = 3 3 3 3 3 3 3 3、圆筒的应力校核公式为、圆筒的应力校核公式为、圆筒的应力校核公式为、圆筒的应力校核公式为、圆筒的应力校核公式为、圆筒的应力校核公式为、圆筒的应力校核公式为、圆筒的应力校核公式为 () 2 tt cie e p D + = 当内压和内直径相同当内压和内直径相同当内压和内直径相同当内压和内直径相同当内压和内直径相同当内压和内直径相同当内压和内直径相同当内压和内直径相同 时，球壳的壁厚约为圆筒时，球壳的壁厚约为圆筒时，球壳的壁厚约为圆筒时，球壳的壁厚约为圆筒时，球壳的壁厚约为圆筒时，球壳的壁厚约为圆筒时，球壳的壁厚约为圆筒

47、时，球壳的壁厚约为圆筒 的一半，消耗钢材最少。的一半，消耗钢材最少。的一半，消耗钢材最少。的一半，消耗钢材最少。的一半，消耗钢材最少。的一半，消耗钢材最少。的一半，消耗钢材最少。的一半，消耗钢材最少。 另外球形容器占地面积另外球形容器占地面积另外球形容器占地面积另外球形容器占地面积另外球形容器占地面积另外球形容器占地面积另外球形容器占地面积另外球形容器占地面积 小，其表面积也最小，相小，其表面积也最小，相小，其表面积也最小，相小，其表面积也最小，相小，其表面积也最小，相小，其表面积也最小，相小，其表面积也最小，相小，其表面积也最小，相 应带来的保温等费用也应带来的保温等费用也应带来的保温等费用也应带来的保温等费用也应带来的保温等费用也应带来的保温等费用也应带来的保温等费用也应带来的保温等费用也 少，因此球形容器在石油、少，因此球形容器在石油、少，因此球形容器在石油、少，因此球形容器在石油、少，因此球形容器在石油、少，因此球形容器在石油、少，因此球形容器在石油、少，因此球形容器在石油、 化工、冶金、国防等工业化工、冶金、国防等工业化工、冶金、国防等工业化工、冶金、国防等工业化工、冶金、国防等工业化工、冶