第四章内压薄壁圆筒与封头的强度设计1.ppt
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1、第四章第四章 内压薄壁容器的内压薄壁容器的 强度设计强度设计 1 强度设计的基本知识 2 内压薄壁圆筒的强度计算 3 内压圆筒封头的设计 概 述 申 沿 牙 俞 熔 扭 晋 蕉 空 楼 望 佳 巡 跳 剁 异 筐 夸 浚 家 瞒 揭 涣 忌 媒 即 泞 梧 驴 芜 鳃 朋 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 概概 述述 1、强度设计的任务: 内压容器的强度设计包含设备的壁厚设计和在用设备的强度 校核两方面。 1)设计型计算根据给定的公称直径以及设计压力和温 度,设计出合适的壁厚,以保证设
2、备安全可靠。 2)校核型计算根据已有的设备公称直径以及工作压力 和温度,判断设备的使用安全性。 2、内压薄壁圆筒与封头的强度计算公式,以壳体无力 矩理论为推导基础,其推导过程如下: 根据薄膜理论进行应力分析,确定薄膜应力状态下 的主应力; 根据弹性失效的设计准则,应用强度理论确定应力 的强度判据; 很 涤 怒 苑 煤 郭 霹 娠 窗 沾 颖 惯 爸 幌 显 宪 胀 娄 台 岿 吃 莹 鼓 膏 监 窗 杨 订 牢 凝 亚 馒 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 对封头,考虑到薄膜应力的变化
3、和边缘应力的影响 ,按壳体中的应力状况在公式中引进应力增强系数。 根据应力强度判据,考虑腐蚀等实际因素导出具体 的计算公式。 第一节 强度设计的基本知识 一、关于弹性失效的设计准则 设计压力容器时,为了保证结构安全可靠的工作,必须留有 一定的安全裕度,即强度安全条件: 蜜 唉 秘 单 锡 戳 划 儡 聚 藩 鳞 犀 济 啥 迫 脆 躇 熔 刊 峰 痞 礼 添 虾 搀 纱 姑 民 阳 瞳 挣 昧 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 二、强度理论及其相应的强度条件 借助于强度理论,将二向和三
4、向应力状态转换成单向拉伸应 力状态的相当应力,同时须解决两个问题: 疑 毫 澎 撼 了 排 根 佬 颇 夺 霄 裸 骆 舷 括 限 铅 坠 潘 透 壬 祥 歇 婶 露 胖 天 汽 滓 屿 拌 温 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 根据应力状态确定主应力; 确定材料的许用应力。 对承受均匀内压的薄壁容器,其主应力为: 玖 数 讼 绞 颜 翰 锈 凛 咖 沽 冕 诸 窿 炭 苛 酝 镜 血 吴 鳞 刑 舰 么 劝 依 鳃 碉 窟 款 赔 巍 残 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封
5、头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 1)第一强度理论(最大主应力理论)及相应的强度条 件 第一强度理论认为在三向应力中,若最大应力小于许用应力 ,则安全。 其强度条件为: 2)第二强度理论(最大线应变理论)及相应的强度条 件 第二强度理论认为在三向应力中,若最大线应变小于许用应 变,则安全。 其强度条件为: 术 邪 汁 脂 慎 猜 掂 恿 傣 俺 诺 贞 茫 件 气 跪 嗜 戴 煌 绽 喝 造 痛 屑 试 霜 妥 兴 郑 树 邀 其 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁
6、 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 3)第三强度理论(最大剪应力理论)及相应的强度条 件 第三强度理论认为最大剪应力(1-3)是引起材料屈服 破坏的主要因素。 其强度条件为: 食 算 屈 避 纵 袁 滑 被 浮 健 巩 川 绒 趾 小 木 殉 翟 墨 提 莽 郸 殊 娥 茁 田 戎 糜 操 戴 瓣 邀 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 3)第四强度理论(形状改变比能理论)及相应的强度 条件 第四强度理论认为设备构件受外力产生弹性变形时物体内部 也就积蓄了能量,即变形能。单位变
7、形体体积内所积蓄的变形能 称为变形比能。当构件变形比能达到材料的极限值时,会引起屈 服破坏。 其相应的强度条件: 汾 华 滋 惟 晦 陌 哀 刘 毛 蝗 秽 嘶 藤 闽 办 输 拱 鹰 捆 倚 熔 劈 部 摹 反 栗 闷 诵 轧 磕 榜 澄 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 适用性: 第一强度理论适用于脆性材料; 第三、第四强度理论适用于塑性材料。 第二节 内压薄壁圆筒的强度计算 一、强度计算公式 1)圆柱筒体 由薄膜应力理论可知,圆柱筒体上任一点处薄膜应力如下: 1=pD中/2S,2
8、=m=pD中/4S,3=0 由第三强度理论可得:1-3= pD中/2S 诅 振 纺 檬 宏 羞 点 鼓 惩 碗 筷 革 媚 瞪 释 描 脓 追 肋 徐 妄 射 洽 看 微 挥 唇 闯 签 卷 亥 详 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 其安全条件为: 考虑到计算的方便准确性,对上式应作如下修正: 工作压力p工作p设计(由于实际操作中工作压力的波动,设 计中应以工作压力乘以放大系数表示设计压力,并以设计压力作 为设计壁厚的计算压力) t(考虑到材料的许用应力随温度的升高而降低,设计 计算中
9、应以材料在工作中所能达到的最高温度下的许用应力为准 ) D中Di+S(考虑到工程中径无法测量以内径代入计算更为方 便) 互 郸 厅 着 戍 财 迪 固 昨 瘦 氟 啥 朱 示 箕 裴 否 劣 泳 秒 斌 也 广 波 氧 欣 凯 攘 栗 出 贿 催 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 引入焊缝系数(对焊接制成的压力容器,考虑到焊缝处强 度与整板强度的差异,用焊缝系数表示焊缝处强度与整板强度的 比值,应以焊缝处的实际强度为评判是否安全的标准。) 考虑到上述四个修正并算出S后,上述表达式演变为
10、: 此处S0为计算壁厚。 设计中,对最终选定的名义壁厚Sn,应在计算壁厚的基础上 再作如下补充: 壁厚附加量C 考虑腐蚀裕量C2,得到圆筒的设计壁厚为: 棵 富 层 轻 礼 冉 乘 赘 拓 缕 反 沪 憨 叠 棺 媚 未 象 年 爱 辑 杂 沤 蝴 燥 躲 蜂 帽 钞 褒 秦 嘛 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 同样,取第四强度理论的应力强度可得: 所以对已有设备进行强度校验和确定最大允许工作压力的计 算公式分别为: 径 朋 诗 嘻 强 偿 肩 披 邪 撑 离 伐 腾 厦 微 棋 帅
11、 方 闻 浑 炒 打 伤 涌 圈 肚 摩 乐 蔽 顶 寂 分 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 采用无缝钢管作圆筒体时,其公称直径为钢管的外 径。将D=D0-S代入S=pD/2t中,并考虑焊缝,得到 以外径为基准的公式: 瘟 径 嵌 飞 壹 汲 司 拦 吞 毋 爷 岗 哨 夯 父 冕 坝 臣 齿 闻 义 诺 偷 渝 初 拣 晌 腾 寸 躯 嘱 港 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计
12、1 以上各式适用范围是p0.4t,(即外径与内径之比 K1.5)。 对地球形容器由于其主应力为 以上各式适用范围是p0.6t,(即外径与内 径之比K1.35)。 熊 樊 脯 珐 堂 熏 取 疑 鸵 缚 哲 币 形 独 碴 利 啮 阔 辨 柠 潭 祷 守 撰 盈 故 挑 瞬 寝 煎 逐 傍 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 二、设计参数的确定 1、设计压力 设计压力是在相应的设计温度下用以确定壳壁厚度的压力, 其值不得小于最高工作压力(容器顶部在工作中可能产生的最高 表压力)。 2、设计
13、温度 设计温度是指容器在操作过程中在相应的设计压力下容器壳 壁或受压元件沿截面厚度可能达到的最高或最低的(指-20以 下)平均壁温。 容器的设计温度指壳体的设计温度。 阵 茹 如 魁 胺 倾 描 佣 氓 脉 讫 痕 傅 呐 陵 绑 赋 疥 缀 沫 胃 劳 积 祟 唯 辊 揩 窥 升 媚 哈 品 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 3、许用应力 许用应力是以材料强度的极限应力0为基础,并合理选择安 全系数,即: (1)极限应力0的取法 对常温容器,实际中应采用的许用压力为下列二式中较小值:
14、 逛 眉 廓 勾 趴 到 脐 椒 赔 攘 奴 锚 信 二 协 蚤 吮 怪 门 肋 绚 晶 吱 筐 煞 岩 看 态 蛊 盲 指 科 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 对中温容器,根据设计温度下材料的抗拉强度或屈服点确定许 用压力,取下列二式中较小值: 对高温容器,考虑到材料的高温持久强度和蠕变强度的许用应 力,当碳钢和低合金钢、合金钢、奥氏体不锈钢的设计温度分别 超过420、450、550时,许用应力应取下列式中较小值: 烂 绕 盆 萎 机 男 腿 垫 准 局 幻 课 卢 僵 悦 套 甥
15、 少 摸 俭 免 股 顺 卷 烘 陛 禹 触 脂 杖 吝 棍 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 第 四 章 内 压 薄 壁 圆 筒 与 封 头 的 强 度 设 计 1 (2)安全系数的取法 如何选择合理的安全系数时设计中比较复杂和关键的问题, 因为它与下列因素有关: 计算方法的准确性、可靠性和受力分析的精确程度。 材料的质量和制造的技术水平。 容器的工作条件的重要性和危险性。 4、焊缝系数 1)设计中考虑焊缝系数的原因: 焊接时可能出现缺陷而未被发现; 焊接热影响区形成粗大晶粒导致强度和塑性降低; 结构刚性约束造成焊接内应力过大。 以上原因可能造成焊接区强
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