壓力容器中的薄膜應(yīng)力彎曲應(yīng)力和二次應(yīng)力實(shí)用教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1壓力容器中的薄膜應(yīng)力壓力容器中的薄膜應(yīng)力(yngl)彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力(yngl)和二次應(yīng)力和二次應(yīng)力(yngl)第一頁，共70頁。2液面計(jì)接管筒身支座封頭人孔第1頁/共70頁第二頁，共70頁。3(2)容器的幾何(j h)特點(diǎn)第2頁/共70頁第三頁，共70頁。4第3頁/共70頁第四頁，共70頁。5縱截面(jimin)錐截面(jimin)橫截面第4頁/共70頁第五頁，共70頁。6橫截面第5頁/共70頁第六頁，共70頁。7(j y)(j y)。第6頁/共70頁第七頁，共70頁。81212第7頁/共70頁第八頁，共70頁。9伸，在殼壁的錐伸，在殼壁的錐截面上產(chǎn)生的經(jīng)向拉伸應(yīng)力。截面上產(chǎn)生的經(jīng)向

2、拉伸應(yīng)力。第8頁/共70頁第九頁，共70頁。10第9頁/共70頁第十頁，共70頁。11第10頁/共70頁第十一頁，共70頁。122Tl 作用(zuyng)在筒體縱截面上的 的合力T：第11頁/共70頁第十二頁，共70頁。13000sinsinsin(cossin)2iiiiiNdNRdl pRl pdRl pRlpD lp 結(jié)論:由作用于任一曲面上介質(zhì)壓力產(chǎn)生的合力等于(dngy)介質(zhì)壓力與該曲面沿合力方向所得投影面積的乘積,而與曲面形狀無關(guān)。000sinsinsin(coscos0)2iiiiiNdNRdl pRl pdRl pRl pD l p 第12頁/共70頁第十三頁，共70頁。142

3、iD l pl 2ipDNT環(huán)向薄膜應(yīng)力(yngl):第13頁/共70頁第十四頁，共70頁。15m介質(zhì)內(nèi)壓力p作用于封頭內(nèi)表面所產(chǎn)生(chnshng)的軸向合力 為:2/4iDNp/N/N第14頁/共70頁第十五頁，共70頁。16/T/mTD 其中(qzhng):中徑iDD根據(jù)(gnj)力的平衡條件 可得：/NT24imDpD 4mpD經(jīng)向薄膜應(yīng)力:第15頁/共70頁第十六頁，共70頁。17經(jīng)向薄膜應(yīng)力(yngl):4mpD中徑公式(gngh)2pD第16頁/共70頁第十七頁，共70頁。182pD4pmD決定應(yīng)力水平高低的截面幾何量是圓筒壁厚與直徑(zhjng)的比值，而不是壁厚的絕對(duì)值。第1

4、7頁/共70頁第十八頁，共70頁。19（二）圓球形殼體上的薄膜應(yīng)力(yngl) 4mpD結(jié)論： 內(nèi)壓圓球形殼體上各點(diǎn)的薄膜應(yīng)力相同(xin tn)，就某一點(diǎn)，該點(diǎn)環(huán)向薄膜應(yīng)力等于徑向薄膜應(yīng)力 。 第18頁/共70頁第十九頁，共70頁。20橫截面知識(shí)(zh shi)回顧:第19頁/共70頁第二十頁，共70頁。21下，殼壁的經(jīng)向下，殼壁的經(jīng)向“纖維纖維”受到受到拉伸拉伸(l shn)，在殼壁的錐，在殼壁的錐截面上產(chǎn)生的經(jīng)向拉伸截面上產(chǎn)生的經(jīng)向拉伸(l shn)應(yīng)力。應(yīng)力。第20頁/共70頁第二十一頁，共70頁。224mpD經(jīng)向薄膜應(yīng)力(yngl):中徑公式(gngh)2pD1、圓筒形殼體上的薄膜應(yīng)

5、力 2、圓球形殼體上的薄膜應(yīng)力4mpD第21頁/共70頁第二十二頁，共70頁。23（三）橢球形殼體上的薄膜應(yīng)力(yngl)球形殼體橢球形殼體第22頁/共70頁第二十三頁，共70頁。24區(qū)別(qbi)：m第23頁/共70頁第二十四頁，共70頁。252 橢球形殼體頂點(diǎn)(dngdin)B處的薄膜應(yīng)力的特點(diǎn)()()24pa apD abbm第24頁/共70頁第二十五頁，共70頁。2624mpapD3 橢球形殼體赤道(chdo)C處的薄膜應(yīng)力的特點(diǎn)22(2)2paab第25頁/共70頁第二十六頁，共70頁。274 標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)半橢球形封頭特點(diǎn)max( )42mpD apDb結(jié)論(jiln)：標(biāo)準(zhǔn)

6、半橢球內(nèi)的最大薄膜應(yīng)力值與同直徑、同厚度的圓筒形殼體內(nèi)的最大薄膜應(yīng)力值相等。第26頁/共70頁第二十七頁，共70頁。28（四）圓錐形殼體中的薄膜應(yīng)力(yngl)1.圓錐形殼體的錐截面與橫截面不是同一截面,經(jīng)向薄膜應(yīng)力(yngl)與回轉(zhuǎn)軸相交成角。半錐角橫截面2.圓錐形殼體上的薄膜應(yīng)力大端(ddun)小端不同。第27頁/共70頁第二十八頁，共70頁。2914cosmpD12cospD第28頁/共70頁第二十九頁，共70頁。30本節(jié)小結(jié)：12cospD14cosmpDmax( )42mpD apDb4mpD2pD4mpD第29頁/共70頁第三十頁，共70頁。31pDK薄膜應(yīng)力(yngl)通式：第3

7、0頁/共70頁第三十一頁，共70頁。32圖a圖b第31頁/共70頁第三十二頁，共70頁。331 環(huán)形截面(jimin)的變形及由此而產(chǎn)生的環(huán)向彎曲應(yīng)力,M第32頁/共70頁第三十三頁，共70頁。34承受(chngshu)載荷中性(zhngxng)圓第33頁/共70頁第三十四頁，共70頁。35，Mr,M第34頁/共70頁第三十五頁，共70頁。362 相鄰環(huán)形截面的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)(zhun dng)及產(chǎn)生的徑向彎曲應(yīng)力r,M第35頁/共70頁第三十六頁，共70頁。373 ,M與r,M的分布(fnb)規(guī)律及它們的最大值最大彎曲應(yīng)力出現(xiàn)在板的中心處：“”：圓板上表面(biomin)的應(yīng)力“”：圓板下表面(b

8、iomin)的應(yīng)力max,0,022()()1.24MMrr MrpR 第36頁/共70頁第三十七頁，共70頁。38最大彎曲應(yīng)力出現(xiàn)在板的四周：“”：圓板上表面(biomin)的應(yīng)力“”：圓板下表面(biomin)的應(yīng)力2max,2()0.75Mr Mr RpR 第37頁/共70頁第三十八頁，共70頁。392max2MpDK二 彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力的比較(bjio)和結(jié)論max222MDpDDKK第38頁/共70頁第三十九頁，共70頁。40pDK薄膜應(yīng)力(yngl)通式： 彎曲應(yīng)力 :max222MDpDDKK第39頁/共70頁第四十頁，共70頁。41一 邊界應(yīng)力產(chǎn)生(chnshng)的原因第三

9、節(jié) 邊界(binji)區(qū)內(nèi)的二次應(yīng)力邊界應(yīng)力：筒體與封頭在連接處所出現(xiàn)的自由變形不一致，導(dǎo)致在這個(gè)局部的邊界地區(qū)產(chǎn)生(chnshng)相互約束的附加內(nèi)力。第40頁/共70頁第四十一頁，共70頁。42力力第41頁/共70頁第四十二頁，共70頁。43,1.54m MpR 二 影響邊界應(yīng)力大小(dxio)的因素 結(jié)論：邊界效用(xioyng)引起的附加彎曲應(yīng)力比內(nèi)壓引起的環(huán)向薄膜應(yīng)力大54%。2pDpR第42頁/共70頁第四十三頁，共70頁。44筒體和半球形封頭連接(linji)： 結(jié)論：半球形封頭與筒體的二次薄膜應(yīng)力對(duì)整體(zhngt)強(qiáng)度影響很小。第43頁/共70頁第四十四頁，共70頁。45結(jié)論

10、：當(dāng)半球形封頭與筒體厚度相同時(shí)， 封頭和筒體連接的橫截面內(nèi)沒有(mi yu)彎曲應(yīng)力。00 xjj第44頁/共70頁第四十五頁，共70頁。46結(jié)論：1 不同形狀的封頭與筒體連接，由于二者間的相互限制不同，產(chǎn)生的邊界應(yīng)力大小(dxio)也不同。2 一般封頭采用半球形封頭，而不用圓形平板。第45頁/共70頁第四十六頁，共70頁。47三 邊界應(yīng)力(yngl)的性質(zhì)第46頁/共70頁第四十七頁，共70頁。482 邊界應(yīng)力(yngl)的特點(diǎn) （1）局部性：邊界應(yīng)力的最大值出現(xiàn)(chxin)在兩種形狀殼體的連接處，離開連接處，邊界應(yīng)力會(huì)迅速衰減。（2）自限性： 施加的限制增大到使應(yīng)力達(dá)到材料的屈服限，相互

11、限制的器壁金屬發(fā)生局部的塑性變形，限制就會(huì)緩解(hun ji)，相互限制所引起的應(yīng)力自動(dòng)地停止增長。第47頁/共70頁第四十八頁，共70頁。49四 對(duì)邊界(binji)應(yīng)力的處理1.利用局部性特點(diǎn)局部處理(chl)如：改變邊緣結(jié)構(gòu)，邊緣局部加強(qiáng)，焊縫與邊緣離開，焊后熱處理(chl)等。2.利用自限性保證材料(cilio)塑性可以使邊界應(yīng)力不會(huì)過大，避免產(chǎn)生裂紋。 第48頁/共70頁第四十九頁，共70頁。50低溫容器，以及承受疲勞載荷的壓力容器，更要注意邊緣的處理。對(duì)大多數(shù)塑性較好的材料，如低碳鋼、奧氏體不銹鋼、銅、鋁等制作的壓力容器，一般(ybn)不對(duì)邊緣作特殊考慮。 第49頁/共70頁第五十

12、頁，共70頁。51第50頁/共70頁第五十一頁，共70頁。52五 回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)部(nib)的邊界應(yīng)力 第51頁/共70頁第五十二頁，共70頁。53薄膜應(yīng)力(yngl)通式：知識(shí)(zh shi)回顧：圓筒形和標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)橢圓形殼體：K=1球殼:K=0.5圓錐形殼體：K=1/cos2max2MpDK彎曲應(yīng)力：max2pKD第52頁/共70頁第五十三頁，共70頁。54第53頁/共70頁第五十四頁，共70頁。55第四節(jié) 強(qiáng)度(qingd)條件 PA強(qiáng)度(qingd)條件：第54頁/共70頁第五十五頁，共70頁。56r第55頁/共70頁第五十六頁，共70頁。57 tr j相當(dāng)(xingdng)應(yīng)力

13、制造容器(rngq)的鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力焊逢系數(shù)第56頁/共70頁第五十七頁，共70頁。582 強(qiáng)度理論(lln)簡介表示方法(fngf)：單元立方體上六個(gè)平面內(nèi)的三對(duì)應(yīng)力第57頁/共70頁第五十八頁，共70頁。59單向(dn xin)應(yīng)力狀態(tài)：第58頁/共70頁第五十九頁，共70頁。60二向應(yīng)力(yngl)狀態(tài)：第59頁/共70頁第六十頁，共70頁。61三向應(yīng)力(yngl)狀態(tài)：第60頁/共70頁第六十一頁，共70頁。62主平面：只作用(zuyng)正應(yīng)力，沒有剪應(yīng)力。主應(yīng)力：主平面上的正應(yīng)力。第61頁/共70頁第六十二頁，共70頁。6311r（2）強(qiáng)度(qingd)理論 1第62頁/共70頁第六十三頁，共70頁。64313r最大剪應(yīng)力理論（第三(d sn)強(qiáng)度理論）第63頁/共70頁第六十四頁，共70頁。6513.按第三強(qiáng)度理論(lln)建立的薄膜應(yīng)力強(qiáng)度條件2m30313r3 tr j第64頁/共70頁第六十五頁，共70頁。66二