二壓力容器應力分析與安全設計課件

二壓力容器應力分析與安全設計二壓力容器應力分析與安全設計1教學重點薄膜理論的應用教學難點回轉薄殼的應力分析教學重點薄膜理論的應用教學難點回轉薄殼的應力分析2載荷壓力容器應力、應變的變化2.1回轉薄殼應力分析拉伸變形、彎曲變形載荷壓力容器應力、應變的變化2.1回轉薄殼應力分析拉伸32.1回轉薄殼應力分析變形特點

當容器內部壓力PI大于外部壓力P外時，容器產生兩種變形：拉伸變形和彎曲變形，其中拉伸應力σ拉遠大于彎曲應力σ彎。2.1回轉薄殼應力分析變形特點當容器內部壓力P4中間面是一個由任何直線或平面曲線繞著同一平面內的一條軸線回轉所構成的回轉表面。2.1回轉薄殼應力分析回轉殼體薄壁殼體器壁的相對壁厚相對較小的殼體。內徑和外徑的比值K≤1.1～1.2的殼體。中間面是一個由任何直線或平面曲線繞著同一平面內的一條軸線回轉5基本假設2.1回轉薄殼應力分析1.殼體處于兩向應力狀態(tài)2.應力沿壁厚方向均勻分布圖2-1薄壁圓筒在內壓作用下的應力分布基本假設2.1回轉薄殼應力分析1.殼體處于兩向應力狀態(tài)圖62.1回轉薄殼應力分析基本假設內力薄膜內力彎曲內力橫向剪力彎矩扭矩薄膜理論彎曲理論2.1回轉薄殼應力分析基本假設內力薄膜內力彎曲內力橫向剪力72.1回轉薄殼應力分析薄膜應力截面法圖2-2薄壁圓筒在壓力作用下的力平衡2.1回轉薄殼應力分析薄膜應力截面法圖2-2薄壁圓筒在壓82.1回轉薄殼應力分析應力分析B點受力分析軸向：經(jīng)向應力或軸向應力σφ圓周的切向：周向應力σθ壁厚方向：徑向應力σr（內壓P）三向應力狀態(tài)三向應力狀態(tài)σφ,σθ＞＞σr薄壁圓筒B點的受力簡化成二向應力狀態(tài)2.1回轉薄殼應力分析應力分析B點受力分析軸向：經(jīng)向應力或92.1回轉薄殼應力分析應力求解軸向平衡周向平衡2.1回轉薄殼應力分析應力求解軸向平衡周向平衡102.1回轉薄殼應力分析一、回轉薄殼的幾何要素回轉薄殼：母線：極點：經(jīng)線平面：經(jīng)線：平行圓：中面是由一條平面曲線或直線繞同平面內的軸線回轉而成。繞軸線回轉形成中面的平面曲線。通過回轉軸的平面與中面的交線。中面與回轉軸的平面與中面的交線。經(jīng)線平面與中面的交線。垂直于回轉軸的平面與中面的交線稱為平行圓。2.1回轉薄殼應力分析一、回轉薄殼的幾何要素回轉薄殼：母112.1回轉薄殼應力分析中面法線：第一曲率半徑R1：平行圓半徑r：過中面上的點且垂直于中面的直線，法線必與回轉軸相交。經(jīng)線上點曲線半徑。垂直于經(jīng)線的平面與中面交線上點的曲率半徑。平行圓半徑。第二曲率半徑R2：2.1回轉薄殼應力分析中面法線：第一曲率半徑R1：平行圓半122.1回轉薄殼應力分析圖2-3回轉殼微體上力的平衡二、殼體微元及其內力分量2.1回轉薄殼應力分析圖2-3回轉殼微體上力的平衡二、殼132.1回轉薄殼應力分析二、殼體微元及其內力分量微元體經(jīng)線ab弧長截線bd長微元體abdc的面積壓力載荷微元截面上內力2.1回轉薄殼應力分析二、殼體微元及其內力分量微元體經(jīng)線a142.1回轉薄殼應力分析三、微元平衡方程微體法線方向的力平衡微元體平衡方程，又稱拉普拉斯方程。2.1回轉薄殼應力分析三、微元平衡方程微體法線方向的力平衡152.1回轉薄殼應力分析四、區(qū)域平衡方程圖2-4回轉殼體的區(qū)域平衡2.1回轉薄殼應力分析四、區(qū)域平衡方程162.1回轉薄殼應力分析四、區(qū)域平衡方程壓力在O-O′軸方向產生的合力作用在截面m-m′上內力的軸向分量微元平衡方程與區(qū)域平衡方程是薄膜理論的兩個基本方程。區(qū)域平衡方程式2.1回轉薄殼應力分析四、區(qū)域平衡方程壓力在O-O′軸方向17二壓力容器應力分析與安全設計課件182.1回轉薄殼應力分析五、薄膜理論的應用承受氣體內壓的回轉薄殼儲存液體的回轉薄殼球形薄殼薄壁圓筒錐形殼體橢球形殼體圓筒形殼體球形殼體2.1回轉薄殼應力分析五、薄膜理論的應用承受氣體內壓的回轉19二壓力容器應力分析與安全設計課件20二壓力容器應力分析與安全設計課件21二壓力容器應力分析與安全設計課件22二壓力容器應力分析與安全設計課件23二壓力容器應力分析與安全設計課件24二壓力容器應力分析與安全設計課件252.2.1壓力容器的載荷工作壓力重力載荷風載荷地震載荷溫度載荷2.2壓力容器的安全設計參數(shù)2.2.1壓力容器的載荷工作壓力2.2壓力容器的安全設262.2.2壓力容器的應力分類(1)一次總體薄膜應力Pm(2)一次彎曲應力Pb(3)一次局部薄膜應力PL2.2壓力容器的安全設計參數(shù)一次應力P二次應力Q峰值應力F應力產出的原因機械載荷還是變形協(xié)調b.應力的作用區(qū)域與分布形式整體還是局部2.2.2壓力容器的應力分類(1)一次總體薄膜應力Pm227(1)一次總體薄膜應力Pm

沿厚度方向均勻分布的應力(2)一次彎曲應力Pb

沿截面厚度線性分布的應力(3)一次局部薄膜應力PL在總體結構不連續(xù)區(qū)域，由內壓或其他機械載荷產生的薄膜應力，但作用范圍是局部區(qū)域。2.2.2壓力容器的應力分類(1)一次總體薄膜應力Pm2.2.2壓力容器的應力分類28如何區(qū)分一次總體薄膜應力與一次局部薄膜應力薄膜應力沿經(jīng)線的作用長度來劃分的：應力強度＞1.1Sm

，延伸距離≤1.0Sm為設計應力強度，R為第二曲率半徑，δ為最小厚度＞1.1Sm的兩個應力區(qū)，延伸距離＞2.5，否則按總體薄膜應力如何區(qū)分一次總體薄膜應力與一次局部薄膜應力薄膜應力沿經(jīng)線的作29二次應力Q由于容器自身的約束或相鄰部件間的相互約束所引起的正應力或切應力，變形協(xié)調產生的。具有自限性。（1）總體結構不連續(xù)處的彎曲應力；（2）總體熱應力峰值應力F（1）局部結構不連續(xù)處的彎曲應力；（2）局部熱應力高度的局部性與自限性二次應力Q302.2.3壓力容器的局部應力2.2壓力容器的安全設計參數(shù)邊緣應力熱應力制造偏差引起的附加應力截面不圓引起的附加應力錯邊和角變形引起的附加應力表明凹凸不平引起的附加應力焊接接頭的局部應力2.2.3壓力容器的局部應力2.2壓力容器的安全設計參312.2.4壓力容器的設計2.2壓力容器的安全設計參數(shù)工作壓力：容器正常工作情況下，容器頂部可能出現(xiàn)的最高壓力。設計壓力：在相應的設計溫度下，用以計算容器及元件強度尺寸的壓力。計算壁厚＋壁厚附加量＝設計壁厚名義壁厚為設計壁厚圓整有效壁厚＝名義壁厚－壁厚附加量2.2.4壓力容器的設計2.2壓力容器的安全設計參數(shù)322.2.5壓力容器的設計監(jiān)督管理A類、C類和SAD類壓力容器設計許可證由國家質檢總局批準、頒發(fā)；D類壓力容器的設計許可證由省級質量技術監(jiān)督部門批準、頒發(fā)。2.2.5壓力容器的設計監(jiān)督管理A類、C類和SA33表1壓力容器設計許可證的類別、級別劃分表類別級別