第五章--壓力容器的應力分析(編輯修改稿)
2024-09-11 23:40 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 點曲率半徑不同，壁內(nèi)應力是變化的，對這類問題需從殼體上取微元體分析其受力變形才能解決。旋轉(zhuǎn)殼體 o 旋轉(zhuǎn)殼體 ：殼體中面（等分殼體厚度）是任意直線或平面曲線作母線，繞其同平面內(nèi)的軸線旋轉(zhuǎn)一周而成的旋轉(zhuǎn)曲面。 軸對稱o 殼體的幾何形狀、約束條件和所受外力都是對稱于某一軸。o 化工用的壓力容器通常是軸對稱問題。 旋轉(zhuǎn)殼體的幾何概念 o 母線與經(jīng)線o 法線o 平行圓o 第一曲率半徑：經(jīng)線曲率半徑o 第二曲率半徑：垂直于經(jīng)線的 平面與中面相割形成的曲線 BE的曲率半徑基本假設 o 假定殼體材料有連續(xù)性、均勻性和各向同性，即殼體是完全彈性的。o 小位移假設：各點位移都遠小于厚度，可用變形前尺寸代替變形后尺寸。變形分析中高階微量可忽略。 o 直線法假設： 變形前垂直于中面直線段，變形后仍是直線并垂直于變形后的中面。變形前后法向線段長度不變。沿厚度各點法向位移相同，厚度不變。 o 不擠壓假設：各層纖維變形前后互不擠壓。：o 無力矩理論是在旋轉(zhuǎn)薄殼的受力分析中忽略了彎矩的作用，此時應力狀態(tài)和承受內(nèi)壓的薄膜相似，又稱薄膜理論。o 平衡方程：o 區(qū)域平衡方程 工程上常用容器一般都由圓筒形殼體、球形殼體、錐形殼體及橢球形殼體等典型回轉(zhuǎn)薄壁殼體構(gòu)成，分別計算其徑向、周向薄膜應力。圓筒形殼體o 第一曲率半徑 R1=∞ ，o 第二曲率半徑 R2=Ro 在圓筒形殼體中，周向應力是軸向應力的二2倍，因此在殼體上開設橢球形人孔、手孔時，短軸在軸向、長軸在周向。球形殼體 o 球殼 R1＝ R2=D/2，得：o 直徑與內(nèi)壓相同，球殼內(nèi)應力僅是圓筒形殼體環(huán)向應力的一半，即球形殼體的厚度僅需圓筒容器厚度的一半。o 當容器容積相同時，球表面積最小，故大型貯罐制成球形較為經(jīng)濟。圓錐形殼體o 圓錐形殼半錐角為 a， A點處半徑為 r，厚度為 d，則在 A點處： 圓錐形殼體o 錐形殼體環(huán)向應力是經(jīng)向應力兩倍，隨半錐角 a的增大而增大； a角要選擇合適，不宜太大。o 在錐形殼體大端 r=R時，應力最大，在錐頂處，應力為零。因此，一般在錐頂開孔。橢圓形殼體o 橢圓殼經(jīng)線為一橢圓， a、 b分別為橢圓的長短軸半徑，由此方程可得第一曲率半徑為：o 代入：橢圓形殼體o 殼體的頂點： x＝ 0， y＝ bo 赤道點： x＝ a， y＝ 0橢圓形殼體o 承受均勻內(nèi)壓應力作用的橢球形殼體，在任何 值下， ，為拉伸應力， 由頂點的 逐漸遞減為赤道處 ；o 在 時，應力將由頂點附近的拉應力逐漸變化為赤道附近的壓應力 ，因此為防止薄壁橢圓形封頭在赤道附近產(chǎn)生過大的壓應力而導致皺褶 應限制。橢圓形殼體o 工程上常用標準橢圓形封頭 ，圓周應力 在頂點和赤道點處大小相等，方向相反，赤道上 ，頂點 ，軸向應力 為拉伸應力，頂點處 。o 對于 的橢圓端蓋工程上不推薦采用。 o 彎曲應力與薄膜應力的比較o D：圓平板直徑；o K：對于周邊簡支圓平板 對于周邊固定圓平板圓板彎曲應力o 與同樣直徑、同樣厚度的圓柱形殼體所產(chǎn)生的薄膜應力進行比較： o 承受壓力 p的圓平板所產(chǎn)生的最大彎曲應力是同樣直徑、同樣厚度圓柱形殼體薄膜應力的 倍（這是一個相當大的值），因此，除直徑較小的容器或接管可用平板作封頭或封閉蓋板外，盡可能不用平板直接組焊成矩形容器，這是為什么壓力容器大部分采用回轉(zhuǎn)殼體的道理 o 無力矩理論忽略了剪力與彎矩的影響，可以滿足工程設計精度的要求，但對圖中所示的一些情況，就須考慮彎矩的影響。o (a)、 (b)、 (c)是殼體與封頭聯(lián)接處經(jīng)線突然折斷；o (d)是兩段厚度不等的筒體相連接；o (e)、 (f)、 (g)有法蘭、加強圈、管板等剛度大的構(gòu)件。示圖圓筒容器o 相鄰兩段性能不同，或所受溫度或壓力不同，導致兩部分變形量不同，但又相互約束，從而產(chǎn)生較大的剪力與彎矩。筒體與封頭聯(lián)接為例，邊緣應力具有兩個基本特性：o 局限性o 自限性局限性 o 局限性 —— 大多數(shù)都有明顯的衰減波特性，隨離開邊緣的距離增大，邊緣應力迅速衰減。o 不同性質(zhì)的連接邊緣產(chǎn)生不同邊緣應力，但都有明顯的衰減波特性，邊緣應力的作用范圍只局限于距離邊緣，邊緣應力的最大值出現(xiàn)在兩種幾何形狀殼體的連接處，離開連接處，邊緣應力會衰減。o 對鋼制圓柱殼體作用范圍只限于距離邊緣為：o 如：o 對鋼制球殼，只局限于距離邊緣的距離為：自限性 o 自限性 —— 彈性變形相互制約，一旦材料產(chǎn)生塑性變形，彈性變形約束就會緩解，邊緣應力自動受
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