【正文】 平板軸對(duì)稱中的一個(gè)特例是板中心作用一橫向集中載荷F。通過電阻應(yīng)變儀中的電橋?qū)⒋穗娮柚底兓D(zhuǎn)化為電壓或電流的增量，并經(jīng)放大器放大，最后換算成應(yīng)變數(shù)值。頂蓋外壁應(yīng)力測(cè)定。關(guān)閉進(jìn)水閥，開啟回水閥，關(guān)閉放空閥，容器內(nèi)無壓力時(shí)再關(guān)閉回水閥，將電阻應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)旋鈕置于應(yīng)變片的K值上。第四章 有限元法對(duì)封頭進(jìn)行應(yīng)力分析 ANSYS有限元分析簡(jiǎn)介 ANSYS軟件提供的分析類型（一）結(jié)構(gòu)靜力分析用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。（四）動(dòng)力學(xué)分析ANSYS程序可以分析大型三維柔體運(yùn)動(dòng)。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過每個(gè)單元的流率。執(zhí)行ANSYS Main Menu—Preprocessor—Material props—Material models,在彈出窗口中選擇Structural—linear—Elastic—Isotropic，再次彈出的窗口中EX后填入2e5，點(diǎn)擊OK完成材料定義再進(jìn)行建模。在此處可以點(diǎn)擊SAVE_DB保存以備后面可用。執(zhí)行命令A(yù)NSYS Utility Menu—General Postproc—Query Result—Subgrid Solu，在彈出的對(duì)話框中選擇Nodal solution、Stress、Z—Component of stress，在彈出對(duì)話框中選擇7個(gè)硬點(diǎn)點(diǎn)擊OK得到如下圖所示平板封頭+筒體周向應(yīng)力ANSYS硬點(diǎn)值。單擊OK得到如下圖所示平板封頭+筒體周向應(yīng)力ANSYS云圖。如下圖43所示： 圖43 平板封頭施加載荷后的模型（4） 選擇線單元及節(jié)點(diǎn)執(zhí)行ANSYS Utility Menu—Select—Entities...命令在彈出的對(duì)話框中設(shè)定為：Lines，By Num/Pick，F(xiàn)rom Full；單擊OK選擇編號(hào)為L(zhǎng)LL4的線段單擊OK完成對(duì)容器內(nèi)壁線單元的選擇。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測(cè)裝置等的設(shè)計(jì)和分析領(lǐng)域。（三）結(jié)構(gòu)非線性分析結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。圓平板封頭的周向應(yīng)力誤差較大，而軸向應(yīng)力誤差較小。 實(shí)驗(yàn)步驟 首先理論計(jì)算測(cè)試容器殼體應(yīng)變片分布情況和位置尺寸以確定應(yīng)變片所貼位置，熟悉加載裝置的工作原理，掌握容器加壓，卸壓的操作方法。環(huán)向片應(yīng)緊靠對(duì)應(yīng)的縱向片貼在同一平面的垂直方向。 其缺點(diǎn)是：1． 一個(gè)應(yīng)變片只能測(cè)定構(gòu)件表面上一點(diǎn)某一方向的應(yīng)變； 2．，但仍有一定的長(zhǎng)度，只能測(cè)得柵長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均應(yīng)變。圖213 周邊固支圓平板的彎曲應(yīng)力分布（板下表面）圖214 周邊簡(jiǎn)支圓平板的彎曲應(yīng)力分布（板下表面）周邊簡(jiǎn)支圓平板如圖212（b）所示為周邊簡(jiǎn)支圓平板，周邊簡(jiǎn)支的圓平板的支承特點(diǎn)是只限制撓度轉(zhuǎn)角，因而不存在徑向彎矩，此時(shí)邊界條件為利用上述邊界條件，得周邊簡(jiǎn)支時(shí)圓平板在均布載荷作用下的撓度方程 （225）彎矩表達(dá)式 （226）應(yīng)力表達(dá)式 （217）不難發(fā)現(xiàn)，最大彎矩和相應(yīng)的最大應(yīng)力均在板中心處。、的線性分布力系便組成彎矩、。因此，只需要研究一徑向截面的變形情況即可建立應(yīng)變與撓度之間的幾何關(guān)系。圓平板在、圓柱坐標(biāo)系中僅存有、三個(gè)內(nèi)分量（圖28），幾何對(duì)稱，載荷對(duì)稱，約束對(duì)稱，圓平板在、圓柱坐標(biāo)系中撓度與無關(guān)只是的函數(shù)。因此，大撓度的理論分析要比小撓度的理論分析復(fù)雜得多。平板與殼體相似之處是也有“中面”，不過它的中面是一平面。下圖中正號(hào)表示拉應(yīng)力，負(fù)號(hào)表示壓應(yīng)力。圖22 部分容器靜力平衡 微元平衡方程式(21)與區(qū)域平衡方程式（22）為無力矩理論的兩個(gè)基本方程。必須找一個(gè)補(bǔ)充方程，此方程可從部分容器的靜力平衡條件中求得。它由下列三對(duì)截面構(gòu)成：一是殼體內(nèi)外壁表面；二是兩個(gè)相鄰的經(jīng)線截面；三是兩個(gè)相鄰的與經(jīng)線垂直、同殼體正交的圓錐面，如圖21中所示?？偟膽?yīng)力是由上述兩種應(yīng)力的迭加。在薄殼應(yīng)力分析中，我們假設(shè)殼體材料連續(xù)、均勻、各向同性；受載后的變形是彈性小變形；殼壁各層纖維在變形后互不擠壓。這些殼體多屬于回轉(zhuǎn)薄殼。下面為壓力容器交變載荷的典型實(shí)例： 容器各零部件之間溫度差的變化； 振動(dòng)（例如風(fēng)誘導(dǎo)振動(dòng)）引起的載荷變化； 裝料、卸料引起的容器支座上的載荷變化； 間歇生產(chǎn)的壓力容器的重復(fù)加壓、減壓； 液體波動(dòng)引起的載荷變化； 生產(chǎn)過程中，因溫度變化導(dǎo)致管系熱膨脹或收縮，從而引起接管上的載荷變化； 由往復(fù)式壓縮機(jī)或泵引起的壓力波動(dòng)；為確定容器是否需要進(jìn)行疲勞設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者應(yīng)詳細(xì)了解壓力容器在全壽命期間內(nèi)，每個(gè)載荷的變化范圍（即最大和最小值）和循環(huán)次數(shù)。波動(dòng)載荷的表示方法與運(yùn)輸載荷相同。（3） 地震載荷 地震載荷是指作用在容器上的地震力，它產(chǎn)生于支承容器的地面的突然振動(dòng)和容器對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)。作用于整臺(tái)容器上的載荷，比如重力、風(fēng)力、地震、運(yùn)輸?shù)纫鸬妮d荷是整體載荷。表壓是以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)得的壓力。公稱容積大于650m3 , 且設(shè)計(jì)壓力大于116MPa 的球形儲(chǔ)罐。 壓力容器標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計(jì)、制造壓力容器產(chǎn)品的依據(jù)；《容規(guī)》是政府對(duì)壓力容器實(shí)施安全技術(shù)監(jiān)督和管理的依據(jù)，屬技術(shù)法規(guī)范疇，二者的適用范圍并不相同 （一）GB15098《鋼制壓力容器》參照ASME （美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)）的 ASME Ⅷ1，據(jù)實(shí)施以來取得的經(jīng)驗(yàn)，參照近期國際同類標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)GB15089的修訂。一旦歐洲協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)被正式通過，所有的CEN成員國都應(yīng)制訂與歐洲協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)等國的國家標(biāo)準(zhǔn)，并廢止本國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中與歐洲協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相沖突的內(nèi)容。此指令生效后，歐盟各個(gè)成員國必須把指令轉(zhuǎn)化為本國監(jiān)察規(guī)程或國家法律，并在指令規(guī)定的期限內(nèi)強(qiáng)制執(zhí)行。JIS B8271～8285《壓力容器(單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn))》由l5項(xiàng)單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)組成，這些標(biāo)準(zhǔn)主要包括壓力容器筒體和封頭、螺栓法蘭連接、平蓋、支撐裝置、快速開關(guān)蓋裝置、膨脹節(jié)、換熱器管板、開孔補(bǔ)強(qiáng)等主要零部件和臥式壓力容器、夾套容器、非圓形截面容器的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)計(jì)算方法，以及壓力容器應(yīng)力分析和疲勞分析的分析方法、許用應(yīng)力強(qiáng)度的規(guī)定、焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)、焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)、壓力試驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定。與ASME Ⅷ1相比，ASME Ⅷ2對(duì)結(jié)構(gòu)的規(guī)定更細(xì)，對(duì)材料、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收的要求更高，允許采用較高的許用應(yīng)力，所設(shè)計(jì)出的容器壁厚較薄。ASME規(guī)范中與壓力容器設(shè)計(jì)有關(guān)的主要是第Ⅷ篇《壓力容器》、第Ⅹ篇《玻璃纖維增強(qiáng)塑料壓力容器》和第Ⅶ篇《移動(dòng)式容器建造和連續(xù)使用規(guī)則》。19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，鍋爐和壓力容器事故發(fā)生頻繁，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。新版本實(shí)施后，老版本便自動(dòng)作廢。C，設(shè)計(jì)壓力小于1MPa；第二類壓力容器的設(shè)計(jì)壓力小于30MPa；而第一類壓力容器的設(shè)計(jì)壓力一般小于100MPa的壓力容器也可歸入第一類容器。m3的低壓容器；(6) 高壓、中壓管殼余熱鍋爐；(7) 中壓搪玻璃壓力容器；(8) 相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限大于等于540MPa的材料制造的使用強(qiáng)度級(jí)別較高的壓力容器；(9) 移動(dòng)式壓力容器，包括鐵路罐車（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）、罐式汽車[液化氣體運(yùn)輸（半掛）車、低溫液體運(yùn)輸（半掛）車、永久氣體運(yùn)輸（半掛）車]和罐式集裝箱（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）等；(10) 容積大于等于50m3的球形儲(chǔ)罐；(11) 容積大于5m3的低溫液體儲(chǔ)存容器。(三)按安裝方式分類：固定式壓力容器和移動(dòng)式壓力容器（結(jié)構(gòu)、使用和安全方面均有其特殊要求）(四)按安全技術(shù)管理分類上面所述的幾種分類方法還不能綜合反映壓力容器面臨的整體危害水平，僅僅考慮了壓力容器的某個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)或使用狀況。易燃介質(zhì)是爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限的差值大于等于20%的介質(zhì)。一般劃分標(biāo)難準(zhǔn)為： 極度危害 (Ⅰ 級(jí)) 最高容許質(zhì)量濃度＜高度危害（Ⅱ 級(jí)）最高容許質(zhì)量濃度＜～小度危害 (Ⅲ 級(jí)) 最高容許質(zhì)量濃度＜～10 mg/m3輕度危害 (Ⅳ 級(jí)) 最高容許質(zhì)量濃度≥10mg/m3。 按介質(zhì)危害性分類壓力容器的介質(zhì)危害性主要是指介質(zhì)的毒性、易燃性、易爆、腐蝕、氧化性等。隨安裝位置不同，圓筒形容器使用臥式容器支座（如鞍座、支腿、圈座）和立式容器支座（如腿式、支承式、耳式和裙式）?？紤]到人的手臂長(zhǎng)約650700mm，所以直徑大于1000mm的容器就不宜再設(shè)手孔，而應(yīng)改設(shè)人孔。壓力容器主要聯(lián)接方法是螺栓法蘭連接(簡(jiǎn)稱法蘭連接)，用于容器連接的法蘭稱為容器法蘭，用于管道連接的為管法蘭。但當(dāng)容器較長(zhǎng)時(shí)，由于鋼板幅面尺寸的限制，就需要先用鋼板卷焊成若干段筒體（某一段筒體簡(jiǎn)稱為一個(gè)筒節(jié)），再由兩個(gè)或兩個(gè)以上筒節(jié)組焊成所需長(zhǎng)度的筒體。上述7種殼和4種板可以組合成各種壓力容器結(jié)果形式，再加上密封元件、支座、安全附件等就構(gòu)成了一臺(tái)完整的壓力容器。橢圓形封頭和平板封頭容器的應(yīng)力分布情況先從理論上分析了并采用電測(cè)法測(cè)量其應(yīng)力，結(jié)合ANSYS有限元分析方法進(jìn)行比較討論。筒體形式有圓柱筒體和球形筒體。（二）封頭 封頭的作用是與筒體等部件形成封閉空間。在高壓容器中，用于頂蓋和簡(jiǎn)體連接并與簡(jiǎn)體焊在一起的容器法蘭，又稱為筒體端部。 筒體或封頭上開孔后，開孔部位的強(qiáng)度都會(huì)被削弱，并使該處的應(yīng)力增大。對(duì)于用于化學(xué)反應(yīng)、傳熱、分離等工藝過程的容器，則須在外殼內(nèi)裝入工藝所要求的內(nèi)件，才能構(gòu)成一個(gè)完整的產(chǎn)品。毒性大小是化學(xué)物質(zhì)引起實(shí)驗(yàn)動(dòng)物某種毒性反應(yīng)所需要的劑量。如Q235－A或Q235－E鋼板不得用于制造毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的壓力容器；盛裝毒件程度為極度或高度危害介質(zhì)的容器制造時(shí)，碳素鋼和低合金鋼板應(yīng)逐張進(jìn)行超聲檢測(cè)，整體必須進(jìn)行焊后熱處理，容器上的A、B類焊接接頭還應(yīng)進(jìn)行100％射線或超聲檢測(cè)，且液壓試驗(yàn)合格后還得進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。易燃介質(zhì)壓力容器的所有焊縫（包括角焊縫）均應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)等。因此，《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》采用既考慮容器壓力與容積乘積大小，又考慮介質(zhì)危害程度以及容器品種的綜合分類方法，有利于安全技術(shù)監(jiān)督和管理。中國的壓力容器分類方法綜合考慮了設(shè)計(jì)壓力、幾何容積、材料強(qiáng)度、應(yīng)用場(chǎng)合和介質(zhì)危害程度等影響因素。高溫容器是指壁溫達(dá)到材料蠕變溫度下工作的容器碳鋼420℃ ；合金鋼450℃ ；奧氏體不銹鋼550℃ 。給出材料、設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)、合格評(píng)估等方面的基本要求。在形式上，ASME規(guī)范分為4個(gè)層次，即規(guī)范（Code）、規(guī)范案例（Code Case）、條款解釋（Interpretation）及規(guī)范增補(bǔ)（Addenda）。由于它具有較強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性，故許用應(yīng)力較低。該篇對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)塑料壓力容器的材料、設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)等提出要求。為改變這一狀態(tài)，日本以JIS B8270中的第1中壓力容器（設(shè)計(jì)壓力小于100MPa）為對(duì)象，制定了JIS B8266《壓力容器構(gòu)造——特定標(biāo)準(zhǔn)》，并修改了JIS B8265，形成了新的壓力容器JIS標(biāo)準(zhǔn)體系。97/23/、制造和合格評(píng)估。 國內(nèi)主要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介中國將涉及生命安全、危險(xiǎn)性較大的鍋爐、壓力容器、壓力管道、電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道和大型游樂設(shè)施統(tǒng)稱為特種設(shè)備。進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析, 并根據(jù)應(yīng)力對(duì)容器失效所構(gòu)成的危害程度, 將應(yīng)力進(jìn)行分類, 對(duì)各類應(yīng)力用不同的限制值進(jìn)行控制。用戶要求按JB4732 設(shè)計(jì)的容器。壓力容器中的壓力主要來源于三種情況：一是流體經(jīng)泵或壓縮機(jī)，通過與容器相連接的管道，輸入容器內(nèi)而產(chǎn)生壓力，如氨合成塔、尿素合成塔、氫氣儲(chǔ)罐等；二是加熱盛裝液體的密閉容器，液體膨脹或汽化后使容器內(nèi)壓力升高，如人造水晶釜；三是：盛裝液化氣體的容器，如液氨儲(chǔ)罐、液化天然氣儲(chǔ)罐等，其壓力為液體的飽和蒸汽壓。計(jì)算重力載荷時(shí)，除容器自身的重量外，因根據(jù)不同的工況考慮隔熱層、內(nèi)件、物料、平臺(tái)、梯子、管系和由容器支承的附屬設(shè)備等的重量。地震影響系數(shù)具體取值可參閱有關(guān)地震設(shè)計(jì)規(guī)范，因?yàn)樗c容器所在地的場(chǎng)地土類別、震區(qū)類型和地震烈度等因素有關(guān)。設(shè)計(jì)容器時(shí)，管路的總體布置通常還沒有最后確定，因此不可能進(jìn)行管路應(yīng)力分析來確定接管處的載荷。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)全壽命周期內(nèi)容器所受的載荷，結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，確定設(shè)計(jì)載荷。工程上一般把（t/R）max≤1/10的殼體歸為薄殼，反之為厚殼。（二）影響因素： 沿殼體軸線方向的厚度、載荷、溫度和材料的物理性能也可能出現(xiàn)突變(即不是一種連續(xù)性變化)。（五）邊緣應(yīng)力的基本特性： 局部性 ： 隨著離邊緣距離x的增加，各內(nèi)力呈指數(shù)函數(shù)迅速衰減以至消失，這種性質(zhì)稱為不連續(xù)應(yīng)力的局部性。由于隨角度變化，若在bd截面上的經(jīng)向內(nèi)力為，早對(duì)應(yīng)截面ac上，因增加了微量，經(jīng)向內(nèi)力變?yōu)?。在這兩個(gè)圓錐面之間，殼體中面是寬度為dl的環(huán)帶nn’。 構(gòu)成殼體的材料物理性能相同(主要是μ和Ε)，殼體的厚度、中間面曲率和載荷連續(xù)，無突變。從O到A，其撓度是與載荷成正比的，且其撓度只是由彎曲變形所引起。他們均無明確界限，在計(jì)算精度要求下，平板厚度t與中面的最小邊長(zhǎng)b(圖27)之比，即時(shí)，平板撓度與厚度之比，即時(shí)，認(rèn)為可按小撓度薄板計(jì)算。即：第一個(gè)假設(shè)為板的中間面在變形后成為一彈性曲面，但不伸長(zhǎng)，不縮短。微元體上半徑為和的兩個(gè)圓柱面上的橫向剪力分別為和；徑向彎矩均為和；兩徑向截面上所作用的周向彎矩均為；橫向載荷作用在微元體上表面的外力為P，其值為，如圖28（c）、（d）所示。在板變形后，A點(diǎn)和B點(diǎn)分別移至和位置，根據(jù)第二個(gè)假設(shè)，過點(diǎn)和點(diǎn)直線和扔垂直于變形后的中曲面，但他們分別轉(zhuǎn)過了角和，故微段的徑向應(yīng)變?yōu)? （29）