機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(編輯修改稿)
2025-03-17 14:58 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ：國(guó)外的規(guī)范主要有四個(gè)：v 美國(guó)美國(guó) ASME規(guī)范，規(guī)范，v 英國(guó)壓力容器規(guī)范（英國(guó)壓力容器規(guī)范（ BS），），v 日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（ JIS），），v 德國(guó)壓力容器規(guī)范（德國(guó)壓力容器規(guī)范（ AD）。）。1．美國(guó)．美國(guó) ASME規(guī)范規(guī)范v 美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ ASME）制定的《鍋爐及壓力容器）制定的《鍋爐及壓力容器規(guī)范》。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)v 該規(guī)范規(guī)模龐大、內(nèi)容完善，僅依靠其本身即可完成選該規(guī)范規(guī)模龐大、內(nèi)容完善，僅依靠其本身即可完成選材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、試驗(yàn)、安裝及運(yùn)行等全部工作環(huán)材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、試驗(yàn)、安裝及運(yùn)行等全部工作環(huán)節(jié)。節(jié)。v 與壓力容器密切相關(guān)有：與壓力容器密切相關(guān)有： 第第 ⅡⅡ 卷卷 材料技術(shù)條件、第材料技術(shù)條件、第 ⅤⅤ 卷卷 無(wú)損檢驗(yàn)、第無(wú)損檢驗(yàn)、第 ⅧⅧ 卷卷 壓力容器及第壓力容器及第 ⅨⅨ 卷卷 焊接及釬焊評(píng)定。焊接及釬焊評(píng)定。 v 每年增補(bǔ)一次，每三年出一新版，技術(shù)先進(jìn)，修訂及時(shí)，每年增補(bǔ)一次，每三年出一新版，技術(shù)先進(jìn)，修訂及時(shí)，能迅速反映世界壓力容器科技發(fā)展的最新成就，為世界上能迅速反映世界壓力容器科技發(fā)展的最新成就，為世界上影響最大的一部規(guī)范。影響最大的一部規(guī)范。 2．英國(guó)壓力容器規(guī)范（．英國(guó)壓力容器規(guī)范（ BS））BS 5500《非直接火熔焊壓力容器》是由英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（《非直接火熔焊壓力容器》是由英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（BSI）負(fù)責(zé)制定。由兩部規(guī)范合并而成：）負(fù)責(zé)制定。由兩部規(guī)范合并而成：v一部相當(dāng)于一部相當(dāng)于 ASME第第 ⅧⅧ 卷第一冊(cè)的卷第一冊(cè)的 BS 1500《一般用途《一般用途的熔融焊壓力容器標(biāo)準(zhǔn)》，的熔融焊壓力容器標(biāo)準(zhǔn)》，v另一部是近似于德國(guó)另一部是近似于德國(guó) AD規(guī)范的規(guī)范的 BS 1515《化工及石油工《化工及石油工業(yè)中應(yīng)用的熔融焊壓力容器標(biāo)準(zhǔn)》。業(yè)中應(yīng)用的熔融焊壓力容器標(biāo)準(zhǔn)》。 3. 日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（ JIS）） 于于 80年代初制定了兩部基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，年代初制定了兩部基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，v 一部是參照一部是參照 ASME第第 ⅧⅧ 卷第卷第 1冊(cè)制定的冊(cè)制定的 JIS B 8243《壓力容《壓力容器的構(gòu)造》，器的構(gòu)造》，v 另一部是參照另一部是參照 ASME第第 ⅧⅧ 卷第卷第 2冊(cè)制定的冊(cè)制定的 JIS B8250《特定《特定壓力容器的構(gòu)造》。壓力容器的構(gòu)造》。 此外，還有與壓力容器相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)此外，還有與壓力容器相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn) JIS B 8240《冷凍壓力《冷凍壓力容器》、容器》、 JIS B8241《無(wú)縫鋼制氣瓶》及《無(wú)縫鋼制氣瓶》及 JIS B8242《圓筒《圓筒形液化石油氣貯罐（臥式）構(gòu)造》等。形液化石油氣貯罐（臥式）構(gòu)造》等。4. 德國(guó)壓力容器規(guī)范（德國(guó)壓力容器規(guī)范（ AD））AD壓力容器規(guī)范是由七個(gè)部門編制的：壓力容器規(guī)范是由七個(gè)部門編制的：v 職工聯(lián)合會(huì)、職工聯(lián)合會(huì)、v 鍋爐壓力容器管道聯(lián)合會(huì)、鍋爐壓力容器管道聯(lián)合會(huì)、v 化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)、化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)、v 冶金聯(lián)合會(huì)、冶金聯(lián)合會(huì)、v 機(jī)械制造者協(xié)會(huì)、機(jī)械制造者協(xié)會(huì)、v 大鍋爐企業(yè)主技術(shù)協(xié)會(huì)及技術(shù)監(jiān)督會(huì)聯(lián)合會(huì)（大鍋爐企業(yè)主技術(shù)協(xié)會(huì)及技術(shù)監(jiān)督會(huì)聯(lián)合會(huì)（ VDTUV）。）。v AD規(guī)范在技術(shù)上有許多獨(dú)特的觀點(diǎn)，它在世界上也是規(guī)范在技術(shù)上有許多獨(dú)特的觀點(diǎn)，它在世界上也是具有廣泛影響的規(guī)范。具有廣泛影響的規(guī)范。v AD規(guī)范與規(guī)范與 ASME規(guī)范相比，特點(diǎn)：規(guī)范相比，特點(diǎn)：① AD 規(guī)范只對(duì)材料屈服極限取安全系數(shù)，且取數(shù)較規(guī)范只對(duì)材料屈服極限取安全系數(shù)，且取數(shù)較小。因此產(chǎn)品厚度薄、重量輕；小。因此產(chǎn)品厚度薄、重量輕；② AD 規(guī)范允許用較高強(qiáng)度級(jí)別的鋼材；規(guī)范允許用較高強(qiáng)度級(jí)別的鋼材； ③ 在制造要求方面，在制造要求方面， AD規(guī)范沒有規(guī)范沒有 ASME詳盡，這樣可使詳盡，這樣可使制造廠具有較大的靈活性，易于發(fā)揮各廠的技術(shù)特長(zhǎng)和制造廠具有較大的靈活性，易于發(fā)揮各廠的技術(shù)特長(zhǎng)和創(chuàng)新。創(chuàng)新。一、薄壁容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) ㈠ 薄壁容器 根據(jù)容器外徑 DO與內(nèi)徑 Di的比值 K來(lái)判斷，當(dāng) K≤ K＞ 第二節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì)㈡圓筒形薄壁容器承受內(nèi)壓時(shí)的應(yīng)力只有拉應(yīng)力無(wú)彎曲“ 環(huán)向纖維 ” 和 “ 縱向纖維 ” 受到拉力。σ 1（或 σ 軸 ）圓筒母線方向 (即軸向 )拉應(yīng)力，σ 2（或 σ 環(huán) ）圓周方向的拉應(yīng)力。㈢ 圓筒的應(yīng)力計(jì)算 1. 軸向應(yīng)力 D筒體平均直徑，亦稱中徑， mm 2. 環(huán)向應(yīng)力分析：（ 1）薄壁圓筒受內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力兩倍。問(wèn)題 a：筒體上開橢圓孔，如何開 ?應(yīng)使其短軸與筒體的軸線平行，以盡量減少開孔對(duì)縱截面的削弱程度，使環(huán)向應(yīng)力不致增加很多。（ 2）分析式 (101)和 (102)也可知，內(nèi)壓筒壁的應(yīng)力和 δ/D 成反比， δ/D 值的大小體現(xiàn)著圓筒承壓能力的高低。因此，分析一個(gè)設(shè)備能耐多大壓力，不能只看厚度的絕對(duì)值。二、無(wú)力矩理論基本方程式 ㈠ 基本概念與基本假設(shè) 1． 基本概念 （ 1） 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。（ 2） 軸對(duì)稱殼體的幾何形狀、約束條件和所受外力都是對(duì)稱于某一軸?；び玫膲毫θ萜魍ǔＪ禽S對(duì)稱問(wèn)題。 （ 3）旋轉(zhuǎn)殼體的幾何概念 母線與經(jīng)線法線、平行圓第一曲率半徑 R1：經(jīng)線曲率半徑第二曲率半徑 R2：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n2．基本假設(shè) 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?！? (1)小位移假設(shè) 各點(diǎn)位移都遠(yuǎn)小于厚度?？捎米冃吻俺叽绱孀冃魏蟪叽?。變形分析中高階微量可忽略。 (2)直線法假設(shè) 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(zhǎng)度不變。沿厚度各點(diǎn)法向位移相同，厚度不變。 (3)不擠壓假設(shè) 各層纖維變形前后互不擠壓。㈡ 無(wú)力矩理論基本方程式 無(wú)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(shí)應(yīng)力狀態(tài)和承受內(nèi)壓的薄膜相似。又稱 薄膜理論（ 103） —— 平衡
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