內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì)計(jì)算

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1、第二章中低壓容器的規(guī)則設(shè)計(jì)第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算潘家禎華東理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算一、引言二、圓筒和球殼的設(shè)計(jì)計(jì)算三、設(shè)計(jì)參數(shù)的規(guī)定四、壓力試驗(yàn)五、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算2(一)設(shè)計(jì)內(nèi)容：容器應(yīng)根據(jù)工藝過程要求和條件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：主要選擇適用、合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)滿足制造、檢測、裝配、運(yùn)輸和維修的要求。強(qiáng)度計(jì)算：內(nèi)容包括選擇容器的材料，確定主要尺寸，滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求，以確保容器安全可靠地運(yùn)行。第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算一、引言3（二）設(shè)計(jì)方法常

2、規(guī)設(shè)計(jì)：又稱規(guī)則設(shè)計(jì)，依據(jù)“GB150《鋼制壓力容器》”國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該標(biāo)準(zhǔn)采用彈性失效準(zhǔn)則，對殼體應(yīng)力不作詳細(xì)分析，只計(jì)算總體應(yīng)力，并限制殼體的基本（薄膜）應(yīng)力不超過材料的許用應(yīng)力值。而由于總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)引起的附加應(yīng)力，以應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)引入壁厚計(jì)算，或在結(jié)構(gòu)上加以限制，或在材料選擇、制造工藝、等給以不同要求的控制。第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算一、引言4（二）設(shè)計(jì)方法分析設(shè)計(jì)：要求對容器的載荷做詳細(xì)的分析。并根據(jù)載荷的性質(zhì)進(jìn)行分類，在此基礎(chǔ)上，對不同的應(yīng)力加以限制。分析設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：把容器內(nèi)的應(yīng)力分為三類，一次應(yīng)

3、力——為平衡外載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力。它隨外載荷的增加而增加。二次應(yīng)力——由結(jié)構(gòu)自身或者相鄰部件的約束產(chǎn)生的應(yīng)力。它具有自限性。峰值應(yīng)力——它是由局部不連續(xù)或局部熱應(yīng)力的影響疊加到一次和二次應(yīng)力上的應(yīng)力增量。它具有高度的局部性。它的危害是引起疲勞裂紋或者脆性斷裂。第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算一、引言5（三）強(qiáng)度理論。按照強(qiáng)度理論，對于鋼制容器適宜采用第三、第四強(qiáng)度理論，但是，第一強(qiáng)度理論在容器設(shè)計(jì)歷史上使用最早，有成熟的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且由于強(qiáng)度條件不同而引起的誤差已考慮在安全系數(shù)內(nèi)，所以至今在容器常規(guī)設(shè)計(jì)中仍采用第一強(qiáng)度

4、理論，即：式中，為器壁中三個(gè)主應(yīng)力中最大的一個(gè)，對于內(nèi)壓薄壁回轉(zhuǎn)殼體，通常，第一主應(yīng)力為周向應(yīng)力，第二主應(yīng)力為經(jīng)向應(yīng)力，另一個(gè)主應(yīng)力為徑向應(yīng)力。第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算一、引言6（三）強(qiáng)度理論。四個(gè)強(qiáng)度理論：第一強(qiáng)度理論——最大拉應(yīng)力理論：第二強(qiáng)度理論——最大拉應(yīng)變理論：第三強(qiáng)度理論——最大剪應(yīng)力理論：第四強(qiáng)度理論——最大八面體剪應(yīng)力(形狀改變比能)理論：第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算一、引言7第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算一、引言（一）圓筒設(shè)圓筒的平均直徑為D，壁厚為t，在承受均勻內(nèi)壓作用時(shí)，器壁產(chǎn)生的薄膜

5、應(yīng)力為：顯然，按照第一強(qiáng)度理論可得，工藝設(shè)計(jì)中一般給出內(nèi)徑Di，D=Di+t，即：8第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算一、引言二、圓筒和球殼的設(shè)計(jì)計(jì)算三、設(shè)計(jì)參數(shù)的規(guī)定四、壓力試驗(yàn)五、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算9第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算二、圓筒和球殼的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）圓筒實(shí)際圓筒鋼板焊縫區(qū)金屬一般低于母材，再考慮到容器腐蝕，供貨鋼板厚度的負(fù)偏差，設(shè)計(jì)厚度應(yīng)比計(jì)算厚度大。圓筒設(shè)計(jì)計(jì)算公式：式中：td——設(shè)計(jì)厚度，mm；pC——計(jì)算壓力，MPa；Di——圓筒內(nèi)徑，mm；?——焊接接頭系數(shù)，?≤1.0；[s]t——設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)

6、力，MPa；C2——腐蝕裕量，mm；10（一）圓筒設(shè)計(jì)壁厚的概念：計(jì)算厚度為僅按強(qiáng)度計(jì)算得到厚度：t設(shè)計(jì)厚度為計(jì)算厚度加上腐蝕裕量：td=t+C2名義厚度為實(shí)際采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格鋼材的厚度：tn=td+C+圓整值厚度附加量C，C=C1+C2，C1為鋼板負(fù)偏差。進(jìn)行強(qiáng)度校核的公式為：式中：為校核溫度下圓筒器壁中的計(jì)算應(yīng)力。。te——有效厚度，等于名義厚度減去壁厚附加量。第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算二、圓筒和球殼的設(shè)計(jì)計(jì)算11第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算二、圓筒和球殼的設(shè)計(jì)計(jì)算(二)球殼設(shè)球殼的平均直徑為D，壁厚為t，在承受

7、均勻內(nèi)壓p作用時(shí)，器壁產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力為：按照第一強(qiáng)度理論，得到球殼壁厚計(jì)算公式：應(yīng)力校核公式：12（二）球殼球殼圓筒由上式可知，當(dāng)壓力、直徑相同時(shí)，球殼的壁厚僅為圓筒的一半，所以用球殼作容器，節(jié)省材料，占地面極小，但球殼是非可展曲面，拼接工作量大，所以制造工藝比圓筒復(fù)雜的多，對焊接的要求也高，大型帶壓的液化氣或氧氣等儲罐常用球罐形式。第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算二、圓筒和球殼的設(shè)計(jì)計(jì)算13第三節(jié)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)計(jì)算一、引言二、圓筒和球殼的設(shè)計(jì)計(jì)算三、設(shè)計(jì)參數(shù)的規(guī)定四、壓力試驗(yàn)五、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算14（一）設(shè)計(jì)壓力和

8、設(shè)計(jì)溫度容器的設(shè)計(jì)壓力是指在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下，用以確定容器殼體厚度的表壓力，其值不小于容器的最大工作壓力，容器的最大工作壓力是指在正常操作情況下容器頂部可能出現(xiàn)的最高表壓力。對承裝液化氣體的容器，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)容器允許達(dá)到的最高介質(zhì)溫度和相應(yīng)的飽和蒸汽壓力確定。若容器裝有液體，當(dāng)容器各部位或受壓元件所承受的液柱靜壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的5%時(shí)，液柱靜壓力應(yīng)計(jì)入該部