[法律資料]特種設備安全第四章(已修改)
2025-01-31 14:16 本頁面
【正文】 4 鍋爐壓力容器應力分析 本章重點 : ?掌握無矩理論及其應用 ?掌握厚壁容器在內壓作用下的應力分析 ?掌握熱應力及其產生的原因 無矩理論與薄膜應力 容器當外內徑之比 K≤，稱為薄壁殼體。 無矩理論及回轉殼體 1）中面 與殼體內外表面距離相等的點所組成的曲面，稱為中面。 2）回轉殼體 指該殼體的中面是由一根任意直線或平面曲線繞著同一平面內的一 條軸線回轉而成的回轉表面。 3）平行圓 垂直于回轉軸的平面與中間面相割而成的圓稱為平行圓。 4）經線 通過回轉軸的平面與中間面相交的曲線稱為經線。 5）緯線 作圓錐面與殼體中面正交，所得交線稱為緯線。 無矩理論 1）實現(xiàn)薄膜應力狀態(tài)的條件 (1)殼體具有連續(xù)曲面 在殼體形狀有突變的地方，要按薄膜理論分析時，將出現(xiàn)明顯的變形不連續(xù)，而變形不連續(xù)將直接導致局部彎曲。 (2)殼體上的外載荷應該是連續(xù)的 當有垂直于殼壁的集中力和力矩作用時，殼體的應力狀態(tài)將是有矩的。 (3)殼體邊界的支撐形式是自由支撐 當邊界上法向位移和轉角受到約束，在載荷作用下勢必引起殼體彎曲，不能保持薄膜應力狀態(tài)。 回轉殼體 中面 經線 緯線 平行圓 軸線 (4)殼體的邊界力應當在殼體曲面的切平面內 即要求在邊界上無橫剪力和彎矩。 2）無矩理論 殼壁中沒有彎矩及彎曲應力，應力沿殼體厚度均勻分布，這種分析與處理回轉薄殼的理論稱為無矩理論或薄膜理論。 無矩理論的應用 根據(jù)無矩理論可對回轉薄殼進行應力分析，由于應力沿壁厚均布，常將殼體應力簡化到中面上分析。 設一回轉殼體如下圖所示，從殼體的任意處，以兩個距離相近的經線截面 ab和 ef以及兩個相近的與經線正交的圓錐面 ae和 bf從殼體上切割出一塊微體 abef。 截面 1 截面 2 截面 3 截面 4 ????????????2dl1dlabef?d????dF1 F1 F F p2dlea?dF2 F2 F’ F’ p1dl??ef— 經向應力 — 緯線曲率半徑 — 環(huán)向應力 — 經線曲率半徑 — 殼體厚度 — 內壓 — 微體沿經線方向的長度 — 微體沿緯線方向的長度 — 兩經向截面的夾角 — 兩圓錐截面的夾角 ?????1dl2dl?d?d????p????則微元體上垂直作用于側面 ab和 ef上的力在垂直于微體方向上的分力為： 同理作用于 ae及 bf上的力在垂直于微體方向的分力為： 而在內壓 p的作用下 ， 在微元體 abef上的垂直作用力為： 由于微體處于平衡狀態(tài) ， 故垂直作用于微體上的外力應等于微體四側截面上的內力在垂直微體方向上的分力的總和 ， 即： 將 P及 F1， F2帶入上式得： ?????????? 2s i n11 ??? ? ddlF?????????? 2s i n22 ??? ? ddlFpddP ??????? ?????????????? ???????? 2s i n22s i n2 ???? ??）（ 212 FFP ???????? ???????????? ????????????? ???????2s i n2s i n22s i n22s i n2 21??????????????ddlddldd （ a） 因 及 都很小 ， 故： 將上式代入 （ a） 中并化簡可得： 區(qū)域平衡方程 前面已導出微體平衡方程 ， 從公式可以知 ， 其中有兩個未知數(shù) 及 。 要求出 及 ， 必須建立一個條件方程式 。 對于回轉殼體 ，可列出一個只含有經向應力的方程式 。 ?d ?d?? dd 212s in ? ?? dd 212s in ?????????? p?????? ?? ??如下圖所示，在殼體的任一處以一個與它的中面在此處相正交的圓錐將殼體切下，則： 化簡可得： 應用以上兩個回轉殼體薄膜應力公式， 可計算出各種常見的回轉殼體的薄膜應力。 ????????? ? c o s2 020 ?????? rrp???????2c o s20ppr??? 常見回轉殼體的薄膜應力 圓筒殼體是壓力容器中使用最為普遍的一種，由于 ， ，故由薄膜應力公式可求得圓筒殼的應力： 式中 R— 圓筒中面半徑。 球形殼體 對于球殼， ，則由薄膜應力公式可得球殼上的應力： 式中 R— 球殼中面的半徑。 ???? R?????? 2pR????pR?R?? ?? ????? ?? 2pR??說明： 1）對于球殼： (1)球形受力均勻且低，當內徑、壁厚、材料與圓筒殼相同時，承載能力為圓筒殼的兩倍。 (2)當半球形封頭與圓筒殼材料相同時，封頭厚度為圓筒的一半，安全裕度相同。實際中，為備料和焊接方便，取厚度相等或接近，這樣封頭安全裕度大，故開孔多位于封頭上。 2）對于圓筒殼： (1)當設計只有容積要求，對長度及公稱直徑無明確限定時，
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