【正文】 an?? ? ? ? 由殼體材料的屈服強(qiáng)度確定的許用應(yīng)力為： 315[ ] 1 9 6 . 91 . 6ssM P a M P an?? ? ? ? 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁 共 39 頁 根據(jù) GB 15089 規(guī)定， 取抗拉強(qiáng)度和 屈服強(qiáng)度確定的許用應(yīng)力中較小的值，故[ζ]=＞ 。其有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的 %。此外，有一些塔設(shè)備上、下部分的直徑不等 ，也常用錐形殼體將直徑不等的兩段塔體連接起來，這時(shí)的圓錐形殼體稱為變徑段。 ① 幾何方面 同體積以半球形封頭表面積為最小，橢圓形封頭與碟形基本相同。 許用應(yīng)力： 600[ ] 2 0 03bb M P a M P an?? ? ? ? 355[ ] 2 2 1 . 91 . 6ss M P a M P an?? ? ? ? 取較小值 [ ] 200MPa? ? ，設(shè)計(jì)壓力 cp == 結(jié)構(gòu)形式：圓形平蓋封頭 厚度：31 . 7 8( 0 . 3[ ] [ ]c G cp c c ccK p W L pS D D pD? ? ? ?? ? ? （ ） 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 29 頁 共 39 頁 其上式 （ ） ， cD 為平蓋計(jì)算直徑， 325 mm；根據(jù)相關(guān)法蘭密封設(shè)計(jì)可知操作狀態(tài)時(shí)螺栓設(shè)計(jì)載荷 W 為 N， GL 為螺栓中心至墊片壓緊力作用中心線的徑向距離為 23 mm。 開孔后的補(bǔ)強(qiáng) （ 1） 不需另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑 并非所有容器上的開孔都需補(bǔ)強(qiáng)，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)，容器及接管的實(shí)際壁厚 S與強(qiáng)度所需要的壁厚相比，都有一定的裕量。 表 10 等截面積補(bǔ)強(qiáng)法適用范圍 等截面積補(bǔ)強(qiáng)法可用于受內(nèi)壓（或外壓）的筒體，凸形封頭，平板蓋的開孔設(shè)計(jì)，使用這種補(bǔ)強(qiáng)法時(shí)，在殼體上 允許的最大開孔直徑 d 為： 內(nèi)徑 Di≤ 1500mm 內(nèi)徑 Di1500mm 筒體 12 idD? 且 D≤500mm d≤ Di31 且 d≤1000mm 凸頭殼形或封球 Dd i21? 錐形封頭 d≤ Di31 （ Di 為開孔中心處的錐體內(nèi)直徑） 橢圓或碟形封頭過渡區(qū) 若在橢圓或碟形封頭過渡區(qū)開孔時(shí)，其孔的中心線宜垂直于封 頭表面 若開孔直徑超出了上述范圍，則開孔的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)須作特殊考慮，必要時(shí)，應(yīng)做驗(yàn)證性水壓試驗(yàn)，以校核設(shè)計(jì)的可靠性。容器開孔以后，不僅削弱了容器的整體強(qiáng)度，而且還會(huì)引起應(yīng)力集中，在接管和容器壁的連接處會(huì)造成局部的高應(yīng)力，接管有時(shí)還會(huì)受到各種外加載荷的作用而產(chǎn)中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 32 頁 共 39 頁 生的應(yīng)力以及溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使得開孔接管處的局部應(yīng)力進(jìn)一步提高。 從省材方面，半球形封頭消耗材料少，碟形封頭比橢圓形封頭材料消耗多 30%以上，錐形封頭并不節(jié)省材料。因此工程計(jì)算時(shí)采用圓平板理論為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)公式，通過系數(shù) K來體現(xiàn)平蓋周邊的支承情況， K值越小，平蓋周邊越接近固支；反之就越接近于簡支。這種封頭也稱為無折邊球形封頭。 ② 碟形封頭 碟形封頭又稱帶折邊球形封頭，由三部分構(gòu)成：以 Ri 為 半徑的球面、以 r為半徑的過渡圓弧 (即折邊 )和高度為 h的直邊。 筒體設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 根據(jù)要求，壓力容器正常工作壓力 MPa,最大工作壓力 MPa，容積為 60L，選取無縫鋼管 Φ325 mm，壁厚 13 mm，尺寸允許偏差：外徑 177。沖擊韌性高的材料，一般都有較高的塑性，沖擊韌性時(shí)強(qiáng)度與塑性的綜合指標(biāo)，但塑性對(duì)韌性影響更大些。斷裂韌性 KIC為第一類裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值，又稱為平面應(yīng)變條件下的斷裂韌性。許用應(yīng)力是壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中的基本參數(shù)，由材料的力學(xué)性能除以相應(yīng)的材料設(shè)計(jì)系數(shù)來確定。在標(biāo)準(zhǔn)中 ，通過限制元件結(jié)構(gòu)的某些相關(guān)尺寸、采用應(yīng)力增大系數(shù)、考慮形狀系數(shù)等公式將這些局部應(yīng)力控制 在許用范圍內(nèi) [7]。 這是容器處在高溫工作下的一種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 ④ 疲勞失效準(zhǔn)則 。該準(zhǔn)則認(rèn)為，容器上某一點(diǎn)達(dá)到屈服時(shí)，并不會(huì)導(dǎo)致容器的失效。 ② 一次應(yīng)力中的局部 薄膜應(yīng)力的應(yīng)力強(qiáng)度＜ [ζ]，即 PL≤ [ζ]（在規(guī)定設(shè)計(jì)中，[ζ]= ζs／ ， 再分析設(shè)計(jì)中 [ζ]= ζs／ ）。應(yīng)力水平大于一次總體薄膜應(yīng)力，但影響范圍僅限于結(jié)構(gòu)局部區(qū)域的一次薄膜應(yīng)力 [6]。對(duì)此， 本畢業(yè)設(shè)計(jì)不作 專門介紹，而只介紹壓力容器的其他部件。 ① 外壓容器 容器外部壓力大于內(nèi)部壓力。它主要由外殼、雷管 ( 或火帽 )、增壓劑 ( 或?qū)П幹?) 、氣體發(fā)生劑以及過濾器等部分組成 [19] 。安全氣囊系統(tǒng)要求氣體發(fā)生器能夠在較短的時(shí)間內(nèi)（ 30 ms 左右）產(chǎn)生 大量的氣體充滿氣囊，產(chǎn)生的氣體必須對(duì)人體無害，且不能溫度太高，同時(shí)要求氣體發(fā)生器有很高的可靠性和穩(wěn)定性。我國生產(chǎn)的安全 氣囊性能大部分要到國外測(cè)試，例如，錦恒汽車安全系統(tǒng)公司生產(chǎn)的 SR－ 40 安全氣囊在國內(nèi)無法測(cè)試需要到國外進(jìn)行匹配裝置實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在，在汽車上，一個(gè)氣囊安裝在駕駛盤上，一個(gè)安裝在駕駛員旁前排乘員的前面。中北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 共 1 頁 安全氣囊壓力發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目錄 第一章 緒論 ...................................................... 1 問題的提出及研究的目的和意義 ............................... 1 汽車安全氣囊及其性能測(cè)試國內(nèi)外發(fā) 展?fàn)顩r ..................... 1 汽車安全氣囊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 ................................... 2 測(cè)試裝置及原理 ............................................. 4 本論文所要進(jìn)行的工作 ....................................... 5 第二章 安全氣囊氣體發(fā)生器壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................ 5 壓力容器的分類 [4] ........................................... 6 壓力容器的結(jié)構(gòu) ............................................. 7 壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 ........................................... 8 壓力容器殼體形狀選擇 ...................................... 17 第三章 壓力容器基本參數(shù)設(shè)計(jì) ..................................... 17 壓力容器殼體材料的選擇 .................................... 17 筒體設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 ........................................ 20 壓力容器封頭設(shè)計(jì) .......................................... 23 封頭與圓筒的連接設(shè)計(jì) ...................................... 29 壓力容器底部設(shè)計(jì) .......................................... 30 密封圈的選擇 .............................................. 31 第四章 壓力容器與測(cè)試裝置接口設(shè)計(jì) ............................... 31 第五章 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) ............................................. 31 開孔的形狀 ................................................ 32 開孔后的補(bǔ)強(qiáng) .............................................. 32 等截面積補(bǔ)強(qiáng)法 ............................................ 33 總結(jié) ............................................................ 36 參考文獻(xiàn) ........................................................ 37 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 39 頁 致謝 ............................................................ 39 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 共 39 頁 第一章 緒論 問題的提出及研究的目的和意義 隨著高速公路的發(fā)展和汽車性能的提高，汽車的行駛速度越來越快，特別是由于汽車擁有量的迅速增加，交通越來越擁擠，使得事故更為頻繁，所以汽車的安全性顯得特別重要。側(cè)面氣囊或者裝在車門上，或者裝在座椅靠背上，氣囊用尼龍制成，材料厚度為 。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，安全氣囊及測(cè)試系統(tǒng)研究方面有所創(chuàng)新并擁有自己的關(guān)鍵技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)才是安全氣囊發(fā)展的立足之本。氣體發(fā)生器主要有：壓縮氣體式、煙火式和混合式三種型式。氣體發(fā)生器中的氣體發(fā)生劑是一種火藥 , 其單位時(shí)間產(chǎn)氣量是由氣體發(fā)生劑的線性燃速和燃燒面積決定的 , 氣體發(fā)生器單位時(shí)間的氣體流出量是由噴嘴面積的大小和燃燒室中的壓力決定的 [20][21]。 ② 內(nèi)壓容器 低壓容器（代號(hào) L） ： ≤ p； 中壓容器（代號(hào) M） ： ≤ p101MPa； 高壓容器（代號(hào) H） ： 101MPa≤ p1001MPa； 超高壓容器（代號(hào) U） ： p≥ 1001MPa。 壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 （ 1） 應(yīng)力分類 ASME— Ⅷ — 2 規(guī)范要求進(jìn)行精確的彈性應(yīng)力分析，把應(yīng)力分析報(bào)告作為設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，所以，把這種設(shè)計(jì)方法稱為“分析設(shè)計(jì)”，而把傳統(tǒng)規(guī)范進(jìn)行的設(shè)計(jì)稱為“ 規(guī)則設(shè)計(jì)”或“常規(guī)設(shè)計(jì)”。如，在殼體的固定支座或接管處由外載荷和力矩引起的薄膜應(yīng)力。 ③ 一次應(yīng)力中的總體薄膜應(yīng)力或局部薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力之和的應(yīng)力強(qiáng)度≤[ζ]，即 Pm（ PL） ＋ Pb≤ [ζ]。只有當(dāng)整體屈服時(shí)，才是容器承受的極限狀態(tài)。該準(zhǔn)則認(rèn)為，容器在交變載荷作用下，當(dāng) 最大交變應(yīng)力（在 循中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 共 39 頁 環(huán)次數(shù)一定時(shí)）或循環(huán)次數(shù)（在最大交變應(yīng)力一定時(shí)）達(dá)到疲勞設(shè)計(jì)曲線的規(guī)定值時(shí)，即為容器承載的極限狀態(tài)。容器在高溫和一定中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 14 頁 共 39 頁 應(yīng)力的長期作用下，塑性變形將不 斷積累。所以在確定技術(shù)方案時(shí)，特別要注意標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)內(nèi)容的“前提條件”、“邊界條件”。 GB 150 中確定鋼材許用應(yīng)力時(shí)，低碳鋼和低合金鋼的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度的安全系數(shù)分別為 與 ， 與此相對(duì)應(yīng)， ASMEⅧ 1 中的數(shù)值為 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 共 39 頁 與 。 耐腐蝕性能是材料在使用條件下抵抗腐蝕介質(zhì)侵蝕的能力。殼體材料要承受瞬時(shí)強(qiáng)沖擊載荷，在這種情況下，它的力學(xué)性能與靜態(tài)時(shí)有很大的不同，材料的應(yīng)力、應(yīng)變以及應(yīng)變率的關(guān)系變得很復(fù)雜，此時(shí)設(shè)計(jì)中要考慮材料的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力。 %，壁厚允許偏差 177。球面半徑越大，折邊半徑越小，封頭的深度將越淺，這對(duì)于加工成型有利。 它結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，常用作容器中兩獨(dú)立受壓室的中間封頭，也可用作端蓋，封頭與簡體連接處的角焊縫應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)。 另外由于平板封頭承壓時(shí)處于受彎的不利狀態(tài)，因而壁厚比同直徑的筒體大得多。 綜上所述，雖然在相同的受載條件下， 薄板的所需厚度要比薄殼大得多，即平板封頭要比凸形封頭厚的多，但是因平板封頭結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，在直徑較小的容器中，采用平板封頭比較經(jīng)濟(jì)簡便。又由于材質(zhì)和制造缺陷等各種因素的 綜合作用，開孔接管附近就成為壓力容器的破壞源。 （ 2） 等面積補(bǔ)強(qiáng)法設(shè)計(jì)計(jì)算公式 有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 34 頁 共 39 頁 m a x( 2 , 2 2 )n n tB d d ??? ? ? 2itd d C?? 式中 ： id — 接管內(nèi)直徑， mm； tC — 接管厚度附加量， mm； 12t t tC C C?? 式中： 1tC — 接管壁厚負(fù)偏差， mm； 2tC — 接管腐蝕裕度， mm； 有效補(bǔ)強(qiáng)高度： 1 nthd?? 2 nthd?? 式中： 1 h — 外伸有效補(bǔ)強(qiáng)高度， mm； 2h — 內(nèi)伸有效補(bǔ)強(qiáng)高度， mm； nt? — 接管實(shí)際厚度， mm。 開孔的形狀 壓力容器的開孔可分為 圓形、橢圓形、長圓形，對(duì)于橢圓形孔和長圓形孔其長、短軸之比應(yīng)不大于 2 ： 1。 （ 5） 平板 封頭 的參數(shù)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)形式與壁厚計(jì)算： 選用 45 鋼，查表得 b? =600MPa， s? =355MPa， GB150 規(guī)定 [13]碳素鋼抗