內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力

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1、1第三章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析3.1回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析——薄膜理論簡(jiǎn)介3.1.1薄壁容器及其應(yīng)力特點(diǎn)化工容器和化工設(shè)備的外殼，一般都屬于薄壁回轉(zhuǎn)殼體：S/Di＜0.1或D0/Di≤1.2在介質(zhì)壓力作用下殼體壁內(nèi)存在環(huán)向應(yīng)力和經(jīng)（軸）向應(yīng)力。2薄膜理論與有矩理論概念：計(jì)算殼壁應(yīng)力有如下理論：（1）無(wú)矩理論，即薄膜理論。假定殼壁如同薄膜一樣，只承受拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，完全不能承受彎矩和彎曲應(yīng)力。殼壁內(nèi)的應(yīng)力即為薄膜應(yīng)力。3（2）有矩理論。殼壁內(nèi)存在除拉應(yīng)力或壓應(yīng)力外，還存在彎曲應(yīng)力。在工程實(shí)際中，理想的薄壁殼體是不存在的，因?yàn)榧词箽け诤鼙?，殼體中還會(huì)

2、或多或少地存在一些彎曲應(yīng)力，所以無(wú)矩理論有其近似性和局限性。由于彎曲應(yīng)力一般很小，如略去不計(jì)，其誤差仍在工程計(jì)算的允許范圍內(nèi)，而計(jì)算方法大大簡(jiǎn)化，所以工程計(jì)算中常采用無(wú)矩理論。43.1.2基本概念與基本假設(shè)1.基本概念回轉(zhuǎn)殼體——由直線(xiàn)或平面曲線(xiàn)繞其同平面內(nèi)的固定軸旋轉(zhuǎn)3600而成的殼體。回轉(zhuǎn)殼體的形成5幾個(gè)典型回轉(zhuǎn)殼體6軸對(duì)稱(chēng)——指殼體的幾何形狀、約束條件和所受外力都對(duì)稱(chēng)于回轉(zhuǎn)軸。與殼體內(nèi)外表面等距離的曲面——中間面母線(xiàn)：——即那條平面曲線(xiàn)7法線(xiàn)：經(jīng)線(xiàn)：過(guò)經(jīng)線(xiàn)任一點(diǎn)垂直中間面的直線(xiàn)過(guò)軸線(xiàn)的平面與中間面的交線(xiàn)緯線(xiàn)(平形圓)：作圓錐面與殼體中間

3、面正交，所得交線(xiàn)。8第一曲率半徑第二曲率半徑92.基本假設(shè)：（1）小位移假設(shè)。殼體受壓變形，各點(diǎn)位移都小于壁厚。簡(jiǎn)化計(jì)算。（2）直法線(xiàn)假設(shè)。沿厚度各點(diǎn)法向位移均相同，即厚度不變。（3）不擠壓假設(shè)。沿壁厚各層纖維互不擠壓，即法向應(yīng)力為零。103.1.3經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算——區(qū)域平衡方程11經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式：(MPa)式中sm---經(jīng)向應(yīng)力；p-----介質(zhì)內(nèi)壓，（MPa）；R2-------第二曲率半徑，（mm)；S--------殼體壁厚，（mm）。123.1.4環(huán)向應(yīng)力計(jì)算——微體平衡方程13環(huán)向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式中sm---經(jīng)向應(yīng)力

4、（MPa);sq---環(huán)向應(yīng)力（MPa）；R1----第一曲率半徑（mm）；R2----第二曲率半徑（mm）；p----介質(zhì)壓力（MPa）；S----殼體壁厚（mm)。143.1.5薄膜理論的應(yīng)用范圍1.材料是均勻的，各向同性的。厚度無(wú)突變，材料物理性能相同；2.軸對(duì)稱(chēng)——幾何軸對(duì)稱(chēng)，材料軸對(duì)稱(chēng)，載荷軸對(duì)稱(chēng)，支撐軸對(duì)稱(chēng)；3.連續(xù)——幾何連續(xù)，載荷（支撐）分布連續(xù)，材料連續(xù)。4.殼體邊界力在殼體曲面的切平面內(nèi)。無(wú)橫向剪力和彎距作用，自由支撐等；15典型殼體受氣體內(nèi)壓時(shí)存在的應(yīng)力：——環(huán)向應(yīng)力——經(jīng)向應(yīng)力圓錐殼體圓柱殼體——經(jīng)向應(yīng)力——環(huán)向應(yīng)力1

5、63.2薄膜理論的應(yīng)用3.2.1.受氣體內(nèi)壓的圓筒形殼體式中R2=D/2則2.環(huán)向應(yīng)力：由式中p,S為已知，而R1=∞,帶入上式，解得！圓筒體上任一點(diǎn)處，1.經(jīng)向應(yīng)力：圓柱殼壁內(nèi)應(yīng)力分布動(dòng)腦筋???(A)(B)(C)×√×韌性破壞-照片實(shí)例圓柱殼應(yīng)力分布結(jié)論1、σθ=2σm圓柱殼的縱向截面是薄弱截面。2、圓柱殼的承壓能力取決于厚徑比（S/D），并非厚度越大承壓能力越好。223.2.2.受氣體內(nèi)壓的球形殼體用場(chǎng)：球形容器，半球形封頭，無(wú)折邊球形封頭等。23半球形封頭無(wú)折邊球形封頭半球形封頭無(wú)折邊球形封頭25※條件相同時(shí)，球殼內(nèi)應(yīng)力與圓筒形殼體的

6、經(jīng)向應(yīng)力相同，為圓筒殼內(nèi)環(huán)向應(yīng)力的一半。球殼的R1=R2,則球殼應(yīng)力分布結(jié)論1、球殼各點(diǎn)σθ=σm說(shuō)明球殼的薄膜應(yīng)力分布十分均勻。2、在載荷和幾何條件相同的情況下，球殼的最大應(yīng)力只是圓柱殼的一半，故球殼的承壓能力比圓柱殼好。273.2.3受氣體內(nèi)壓的橢球殼用場(chǎng)：橢圓形封頭。成型：1/4橢圓線(xiàn)繞同平面Y軸旋轉(zhuǎn)而成。橢圓形封頭（橢球殼）29橢球殼的長(zhǎng)半軸——a短半軸——b橢球殼頂點(diǎn)坐標(biāo)：（0,b）邊緣坐標(biāo)：(a,0)30橢球殼應(yīng)力計(jì)算公式：應(yīng)力分布分析：x=0,即橢球殼的頂點(diǎn)處x=a,即橢球殼的邊緣處,※sm是常量，sq是a/b的函數(shù)。即受橢球殼

7、的結(jié)構(gòu)影響?！鶅上驊?yīng)力相等，均為拉應(yīng)力。31標(biāo)準(zhǔn)橢球殼的應(yīng)力分布標(biāo)準(zhǔn)橢球殼指a/b=21.橢球殼的幾何是否連續(xù)？2.環(huán)向應(yīng)力在橢球殼與圓筒殼連接點(diǎn)處有突變，為什麼？橢球殼應(yīng)力分布幾點(diǎn)結(jié)論1、橢球殼上各點(diǎn)應(yīng)力大小與點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y）有關(guān)2、橢球殼上各點(diǎn)應(yīng)力大小及分布狀況與a/b有關(guān)3、σm恒為正，最大值在頂點(diǎn)，最小值在赤道。σθ在頂點(diǎn)恒為正，在赤道有大于零、等于零、小于零三種情況。333.2.4受氣體內(nèi)壓的錐形殼體①.用場(chǎng)：容器的錐底封頭，塔體之間的變徑段，儲(chǔ)槽頂蓋等。錐形封頭35②.應(yīng)力計(jì)算錐殼上任一點(diǎn)A處的應(yīng)力計(jì)算公式：R1=∞R2=r/c

8、osa式中r---A點(diǎn)的平行圓半徑;α---半錐角，S---錐殼壁厚。由薄膜理論公式得※應(yīng)力大小與r成正比，最大r為D/2,則最大應(yīng)力為：36③.錐殼的應(yīng)力分布1.