內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力ppt課件.ppt

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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——薄膜理論簡介1薄壁容器及其應(yīng)力特點化工容器和化工設(shè)備的外殼，一般都屬于薄壁回轉(zhuǎn)殼體：K＞1.2或δ/Di>0.1：厚壁容器K≤1.2或δ/Di≤0.1：薄壁容器兩種不同性質(zhì)的應(yīng)力：薄膜應(yīng)力和邊緣應(yīng)力。2薄壁容器及其應(yīng)力特點在介質(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。3薄膜理論與有矩理論概念計算殼壁應(yīng)力有如下理論：（1）無力矩理論，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

2、膜應(yīng)力。4（2）有力矩理論。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。在工程實際中，理想的薄壁殼體是不存在的，因為即使殼壁很薄，殼體中還會或多或少地存在一些彎曲應(yīng)力，所以無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，其誤差仍在工程計算的允許范圍內(nèi)，而計算方法大大簡化，所以工程計算中常采用無力矩理論。薄膜理論與有矩理論概念5基本概念與基本假設(shè)回轉(zhuǎn)殼體——其中間面是由直線或平面曲線繞其同平面內(nèi)的固定軸旋轉(zhuǎn)3600而成的殼體。幾個典型回轉(zhuǎn)殼體6軸對稱————指殼體的幾何形狀、約束條

3、件和所受外力都對稱于回轉(zhuǎn)軸。中間面——與殼體內(nèi)外表面等距離的曲面母線————即那條平面曲線基本概念與基本假設(shè)法線————經(jīng)過經(jīng)線上任一點垂直于中間面的直線。經(jīng)線————過回轉(zhuǎn)軸的平面與中間面的交線緯線（平行圓）————作圓錐面與殼體中間面正交，得到的交線。7基本概念與基本假設(shè)第一曲率半徑：R1=CK1第二曲率半徑：R2=CK28基本概念與基本假設(shè)9基本假設(shè)：（1）小位移假設(shè)。殼體受壓變形，各點位移都小于壁厚。簡化計算。（2）直法線假設(shè)。沿厚度各點法向位移均相同，即厚度不變。（3）不擠壓假設(shè)。沿壁

4、厚各層纖維互不擠壓，即法向應(yīng)力為零。基本概念與基本假設(shè)10經(jīng)向應(yīng)力計算——區(qū)域平衡方程式中：σm---經(jīng)向應(yīng)力，（MPa）；p-----介質(zhì)內(nèi)壓，（MPa）；R2-------第二曲率半徑，（mm)；δ--------殼體壁厚，（mm）。11環(huán)向應(yīng)力計算——微體平衡方程12式中sm---經(jīng)向應(yīng)力（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）；δ----殼體壁厚（mm)。環(huán)向應(yīng)力計算——微體平衡方程拉普拉斯

5、方程13軸對稱回轉(zhuǎn)殼體薄膜理論的應(yīng)用范圍1.材料是均勻的，各向同性的。厚度無突變，材料物理性能相同；2.軸對稱——幾何軸對稱，材料軸對稱，載荷軸對稱，支撐軸對稱；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)。無橫向剪力和彎距作用，自由邊緣等；143.2薄膜理論的應(yīng)用薄膜應(yīng)力理論區(qū)域平衡方程微體平衡方程一般回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力計算通式：式中p,δ為已知，R1=∞,R2=D/2代入上式，解得：3.2.1受氣體內(nèi)壓的圓筒形殼體已知:圓筒平均直徑D，壁厚δ，內(nèi)壓

6、P，求：殼體上某一點處的σθ、σm。問題1：在設(shè)計過程中，如在筒體上開橢圓孔，應(yīng)如何開？1）圓筒體上應(yīng)力均勻分布，且任一點處問題2：鋼板卷制圓筒形容器，縱焊縫與環(huán)焊縫哪個易裂？3.2.1受氣體內(nèi)壓的圓筒形殼體討論2）將σθ、σm的表達式改為：截面幾何量，其大小體現(xiàn)圓筒承載能力的高低分析一個設(shè)備能耐多大壓力，不能只看厚度的絕對值。3.2.1受氣體內(nèi)壓的圓筒形殼體3.2.2受氣體內(nèi)壓的球形殼體用場：球形容器，半球形封頭，無折邊球形封頭等。球殼的R1＝R2=D/2，得：結(jié)論1）在直徑與內(nèi)壓相同的情況下

7、，球殼內(nèi)的應(yīng)力僅是圓筒形殼體環(huán)向應(yīng)力的一半，即球形殼體的厚度僅需圓筒容器厚度的一半。2）當(dāng)容器容積相同時，球表面積最小，故大型貯罐制成球形較為經(jīng)濟。3.2.2受氣體內(nèi)壓的球形殼體3.2.3受氣體內(nèi)壓的橢球殼用場：橢圓形封頭。成型：1/4橢圓線繞同平面Y軸旋轉(zhuǎn)而成。橢球殼的長半軸——a短半軸——b橢球殼頂點坐標：（0,b）赤道坐標：(a,0)橢球殼的薄膜應(yīng)力的計算3.2.3受氣體內(nèi)壓的橢球殼參見書P75-76σθ、σm表達式橢球殼上各點的薄膜應(yīng)力不同，它與點的坐標(x,y)和長、短軸半徑之比(a/

8、b)有關(guān)。又稱胡金伯格方程3.2.3受氣體內(nèi)壓的橢球殼橢圓形封頭上應(yīng)力分布x=a,即橢球殼的赤道處x=0,即橢球殼的頂點處3.2.3受氣體內(nèi)壓的橢球殼①橢球殼上各點的應(yīng)力是不等的，它與各點的坐標有關(guān)。②橢球殼應(yīng)力與內(nèi)壓p、壁厚δ有關(guān)，與長軸與短軸之比a／b有關(guān)。③橢球殼承受均勻內(nèi)壓時，在任何a／b值下，恒為正值，即拉伸應(yīng)力，且由頂點處最大值向赤道逐漸遞減至最小值。當(dāng)時，應(yīng)力將變號。從拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力。隨周向壓應(yīng)力增大，大直徑薄壁橢圓形封頭出現(xiàn)局部屈曲。3.2.3受氣體內(nèi)壓的橢球殼標準半橢球封頭上