【文章內(nèi)容簡介】 ? 4 薄膜理論的應用范圍： ? 軸對稱、薄膜應力、薄壁 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 5 受氣體內(nèi)壓的圓筒形殼體的薄膜應力： 4mpDS? ? 2pDS?? ?? 6 受氣體內(nèi)壓的球形殼體 4mpDS?????? 7 受氣體內(nèi)壓的錐形殼體的薄膜應力 12 c o smprS???? 1c o sprS?????化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 8 受氣體內(nèi)壓的橢球殼 薄膜應力隨點的位置不同而呈一定的應力分布 ? 對標準橢圓形封頭， a/b＝ 2， x=a時， 2mpaS? ?paS?? ??mpaS?????x=0時， 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 圓筒壁上所受液體壓力隨液體深度增加而增大， p0為液體表面上氣壓，則筒壁上任一點的壓力為 p=p0+γx 六 承受液體靜壓作用的圓筒殼 ?1 沿底部邊緣支承的圓筒 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 由薄膜應力公式可得 ? ?01201222mpxpR R S Sp x DRSDR??? ? ???? ?? ? ??? ??? ? ? ???????化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 對底部支承來說，液體重量由支承直接傳給基礎，圓筒殼不受軸向力，故筒壁中因液壓引起的經(jīng)向應力為零，只有氣壓引起的經(jīng)向應力，即 0024mp R p DSS? ??0m? ?若容器上方開口或無氣體壓力時， 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 2 沿頂部邊緣支承的圓筒 ? ?02p x DS?????? ?02p H DS?????最大環(huán)向應力在 x=H處，即 筒壁上任一點的環(huán)向薄膜應力與底部支承的相同，即 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 經(jīng)向應力沿軸向的平衡方程為 ? ?2 02 mR S R H p? ? ? ???? ? ? ?0024mp H R p H DSS?????? ? ? 常 數(shù)化工設備機械基礎 化學工程與工藝 一列管換熱器，如圖， Di=500mm， S=8mm,殼程壓力 pc=2MPa，管程壓力 pb=，計算筒壁及封頭內(nèi)的薄膜應力。 七 例題 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 解： 1） 筒壁內(nèi)的薄膜應力 ? pc＝ 2MPa，不考慮管束影響 ? ?2 5 0 0 8 3 1 . 84 4 8mpD M P aS???? ? ??? ?2 5 0 0 86 3 . 52 2 8pD M P aS????? ? ??化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 2） 半球形封頭 2 .2bp M P a?? ?2 . 2 5 0 0 8 3 4 . 94 4 8mpD M P aS?????? ? ? ??3） 標準橢圓形封頭 2 .2bp M P a?a/b=2 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 22mp a a p DS b S??? ? ? ? ?? ?2 . 2 5 0 0 8 6 9 . 928M P a?????頂點處 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 3 4 .924mp a p D M P aSS? ? ? ?222 6 9 . 922p a a p DM P aS b S????? ? ? ? ? ?????在 x＝ D/2處 ， 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 2 p81（ 77 ） 32 ? （ 1）筒身應力 ? （ 2）封頭上最大應力 2 1 0 1 00 : 2 1 0 12 2 2 0mp a ax M P aSb????? ? ? ? ? ? ? ??? ???2 , 1 0 1 0 , 5 0 5a b a m m b m m? ? ?222 1 0 1 0: 5 0 .52 2 2 02 1 0 1 02 ( 2 4 ) 1 0 12 2 2 0mpax a M P aSp a aM P aS b??? ? ? ? ???? ?? ? ? ? ? ? ? ??????化工設備機械基礎 化學工程與工藝 2 1 0 1 00 : 2 7 1 . 42 2 2 0mp a ax M P aSb????? ? ? ? ? ? ? ??? ???2 , 1 0 1 0 , 7 1 42aa b a m m b m m? ? ? ?222 1 0 1 0: 5 0 . 52 2 2 02 1 0 1 02 ( 2 2 ) 02 2 2 0mpax a M P aSp a aMPaS b??? ? ? ? ???? ?? ? ? ? ? ? ??????化工設備機械基礎 化學工程與工藝 2 1 0 1 00 : 3 1 5 1 . 52 2 2 0mp a ax M P aSb????? ? ? ? ? ? ? ??? ???3 , 1 0 1 0 , 3 3 73aa b a m m b m m? ? ? ?222 1 0 1 0: 5 0 . 52 2 2 02 1 0 1 02 ( 2 9 ) 3 5 3 . 52 2 2 0mpax a M P aSp a aMPaS b??? ? ? ? ???? ?? ? ? ? ? ? ? ??????化工設備機械基礎 化學工程與工藝 第三節(jié) 內(nèi)壓圓筒邊緣應力的概念 ? 一 邊緣應力的概念 在用薄膜應力分析內(nèi)壓圓筒時，忽略了兩種變形與應力 ? 1 圓筒受內(nèi)壓直徑增大時，圓筒金屬的環(huán)向纖維不但被拉長了，而且曲率半徑由 R變?yōu)镽+Δ R，有彎曲應力產(chǎn)生。 ? 這一應力值很小，可忽略不計。 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 2 連接邊緣區(qū)的變形與應力 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 1） 在連接邊緣區(qū)，由于相互連接的構(gòu)件在變形時相互制約，或由于局部外力集中作用導致殼體曲率變化，從而產(chǎn)生彎曲應力，用無力矩理論無法求解，需用有力矩理論。 2）在簡化計算中，常在薄膜應力基礎上乘以一個系數(shù) 3）邊緣彎曲應力的大小，與連接邊緣的形狀、尺寸、材質(zhì)等因素有關(guān)，有時可達到很大值，因此決不能忽略。 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 1 局部性： 只在某一特定 區(qū)域內(nèi)有很大 值，超過此范圍 即迅速衰減。 二 邊緣應力的特點 Sr ? 一般， 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 2 自限性 應力保持在 σs，靠增大局部塑性區(qū)范圍來承擔邊緣應力，使邊緣應力自動限制。 三 對邊緣應力的處理 1 在邊緣區(qū)作局部處理 2 采用塑性材料 3 設計中與薄膜應力不同，在邊緣結(jié)構(gòu)上作妥善處理 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 第四章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強度設計 ? 強度設計的任務就是根據(jù)給定的公稱直徑以及計算壓力和溫度，設計出合適的壁厚，以保證設備安全可靠的運行。 ? 內(nèi)壓薄壁圓筒和封頭的強度計算公式，主要以無力矩理論推導，包括： 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 1）根據(jù)薄膜理論進行應力分析，確定主應 力 ? 2）根據(jù)彈性失效的設計準則，應用強度理 論確定應力的強度判據(jù) ? 3）對于封頭，應考慮邊緣應力，引進應力 增強系數(shù) ? 4）根據(jù)應力強度判據(jù)，考慮腐蝕等實際因 素導出具體的計算公式。 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 第一節(jié) 強度設計的基本知識 ? 一 關(guān)于彈性失效的設計準則 容器上一處的最大應力達到材料在設計溫度下的屈服點，容器即告破壞（失效），即容器的每一部分必須處于彈性變形范圍內(nèi)，即 σ當 σs 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 當?－由主應力借助于強度理論來確定 0? －極限應力，由簡單拉伸試驗確定 n－ 安全系數(shù) ? ?? －許用應力 加上一定的安全系數(shù)，可得強度安全條件 ? ?0n?????當化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 二 強度理論及其相應的強度條件 ? 1 概念 ? 強度理論是對材料破壞原因的種種假說 ? 2 材料的兩類破壞形式 ? 斷裂破壞和流動破壞，破壞的形式取決于材料的性質(zhì)和材料所處的應力狀態(tài)。 ? 3 基本的強度理論 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 一點的應力狀態(tài)可以用三個主應力來表示 321 ??? ??? 按數(shù)值大小排列為 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 壓力容器零部件中各點的受力大多是二向或三向應力狀態(tài)。 ? 對于承受均勻內(nèi)壓的薄壁圓筒容器，其主應力為 SpD21?? ??? SpDm 42 ?? ??03 ?? r??化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? ? 適于脆性材料＝＝當 ?? ???SpD2111）最大拉應力理論 17世紀即提出，最早的強度理論，又稱第一強度理論，認為外力過大時，材料會沿最大拉應力所在截面發(fā)生斷裂破壞。 該理論假設最大拉應力 σ1是引起材料破壞的原因，其相應的強度條件為 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 2）最大主應變理論 ? 又稱第二強度理論，認為材料破壞是由于最大拉伸應變達到了某一極限引起的。 ? 該理論未被試驗證實 ? 3）最大剪應力理論 ? 習慣稱第三強度理論，認為外力過大時，材料會沿最大剪應力所在截面滑移而發(fā)生流動破壞 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 該理論假設最大剪應力是引起材料流動破壞的因素，其相應的強度條件為 ? ????? ??? SpDSpD 202313 ＝－＝當 －適于塑性材料 ? 缺點是沒有考慮中間應力對材料流動的影響 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 4）形狀改變比能理論 ? 又稱第四強度理論，假設形狀改變比能uf是引起材料流動破壞的因素，其相應的強度條件為 ? ? ? ? ? ?? ?213232221421 ??????? ??????當? ?????? ??????SpD32212221－適于塑性材料 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 一般地， ? 對于脆性材料應采用第一強度理論，對于塑性材料多采用第三強度理論或第四強度理論 ? 在三向拉伸應力狀態(tài)下，應采用第一強度理論 ? 在三向壓縮應力狀態(tài)下，應采用第三或第四強度理論 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 第二節(jié) 內(nèi)壓薄壁圓筒殼與球殼的強度條件 ? 一 強度計算公式 ? 1 圓筒殼的強度計算公式 D=Di＋ S； p pc ? ?tpD2S ?? ? ?2 tpDS??得 由 取第三強度理論， SpD21 ?? ??? SpDm 42 ?? ??03 ?? r??化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? ?2citcpDSp?? ? ?(mm) 考慮腐蝕裕量 C2 ? ? 2cticd Cpσ2DpS ????(mm) 考慮焊接制造因素 Φ，得 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 ? 若采用第四強度理論，可得 ? ?2 . 3citcpDSp????mm ? ? 22 . 3cid tcpDSCp?????mm 我國規(guī)定采用第三強度理論。 化工設備機械基礎 化學工程與工藝 強度校核： ? ? φσ2S)S(Dpσ teeict ???? ? ? ?eietw SDφ Sσ2p??Se— 有效厚