【正文】 ，容器中的缺陷受壓應(yīng)力的作用，不可能發(fā)生開裂，且外壓臨界失穩(wěn)壓力主要與容器的幾何尺寸、制造精度有關(guān)，與缺陷無關(guān)，一般不用外壓試驗來考核其穩(wěn)定性，而以內(nèi)壓試驗進(jìn)行“試漏”，檢查是否存在穿透性缺陷。由于在相同壓力和容積下，試驗介質(zhì)的壓縮系數(shù)越大，容器所儲存的能量也越大，爆炸也就越危險，故應(yīng)用壓縮系數(shù)小的流體作為試驗介質(zhì)。氣體的壓縮系數(shù)比液體的大，因此選擇液體作為試驗介質(zhì)，進(jìn)行液壓試驗。25. 簡述帶夾套壓力容器的壓力試驗步驟，以及內(nèi)筒與夾套的組裝順序。答：對于帶夾套壓力容器，先進(jìn)行內(nèi)筒液壓試驗，合格后再焊夾套，然后進(jìn)行夾套內(nèi)的液壓試驗。在確定了夾套試驗壓力后，還必須校核內(nèi)筒在該試驗壓力下的穩(wěn)定性。如不能滿足外壓穩(wěn)定性要求，則在作夾套液壓試驗時，必須同時在內(nèi)筒保持一定的壓力，以確保夾套試壓時內(nèi)筒的穩(wěn)定性。26. 為什么要對壓力容器中的應(yīng)力進(jìn)行分類？應(yīng)力分類的依據(jù)和原則是什么？答：對壓力容器中的應(yīng)力進(jìn)行分類的原因：應(yīng)力產(chǎn)生的原因不同，如薄膜應(yīng)力是由于與外力平衡而產(chǎn)生的；邊緣應(yīng)力是由于保持不連續(xù)處的變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的；應(yīng)力沿殼體壁厚的分布規(guī)律不同，如薄膜應(yīng)力是均勻分布，邊緣彎曲應(yīng)力是線性分布；對殼體失效的貢獻(xiàn)不同，與外力平衡產(chǎn)生的應(yīng)力無自限性，對失效的貢獻(xiàn)大，有自限性的應(yīng)力對失效的貢獻(xiàn)小。壓力容器分類的依據(jù)：是應(yīng)力對容器強(qiáng)度失效所起的作用的大小。壓力容器分類的原則：滿足外載荷與內(nèi)力及內(nèi)力矩平衡的應(yīng)力，即“非自限性”的應(yīng)力；相鄰部件的約束或結(jié)構(gòu)的自身約束所引起的應(yīng)力，在材料為塑性材料時具有“自限性”的應(yīng)力；局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)和局部熱應(yīng)力的影響而疊加在上述兩原則下的應(yīng)力之上的應(yīng)力增量，具有高度的“局部性”。27. 一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力的區(qū)別是什么？答：一次應(yīng)力具有“非自限性”，二次應(yīng)力在材料為塑性材料時具有“自限性”，峰值應(yīng)力具有高度的“局部性”。28. 分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)劃分了哪五組應(yīng)力強(qiáng)度？許用值分別是多少？是如何確定的？答：五組應(yīng)力強(qiáng)度為：一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SⅠ；一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SⅡ；一次薄膜（總體或局部）加一次彎曲應(yīng)力（PL+Pb）強(qiáng)度SⅢ；一次加二次應(yīng)力（PL+Pb+Q）強(qiáng)度SⅣ；峰值應(yīng)力強(qiáng)度SⅤ（由PL+Pb+Q+F算得）。前四組強(qiáng)度的許用值是在所考慮點上，每組對應(yīng)與該點的最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力之差；峰值應(yīng)力強(qiáng)度 SⅤ是該點的最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力之差值的一半。29. 在疲勞分析中，為什么要考慮平均應(yīng)力的影響？如何考慮？答：在非對稱循環(huán)的交變應(yīng)力作用下，平均應(yīng)力增加將會使疲勞壽命下降，因此必須考慮平均應(yīng)力的影響?？紤]平均應(yīng)力對疲勞壽命的影響，將具有平均應(yīng)力的相應(yīng)交變應(yīng)力幅按照等壽命原則，按照某些修正方法，折算到相當(dāng)于平均應(yīng)力為零的一個當(dāng)量交變應(yīng)力幅。修正相應(yīng)的對稱循環(huán)疲勞曲線。習(xí)題1. 一內(nèi)壓容器，設(shè)計（計算），設(shè)計溫度為50℃；圓筒內(nèi)徑Di=1200mm，對接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，并進(jìn)行局部無損檢測；工作介質(zhì)列毒性，非易燃，但對碳素鋼、低合金鋼有輕微腐蝕，腐蝕速率K≤，設(shè)計壽命B=20年。試在Q2305AF、Q235A、16MnR三種材料中選用兩種作為圓筒材料，并分別計算圓筒厚度。解：pc=，Di=1000mm，φ=，C2=20=2mm；~16mm時，Q235A 的[σ]t=113 MPa，查表42，C1=；鋼板為6~16mm時，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表42，C1=。材料為Q235A時：材料為16MnR時：2. 一頂部裝有安全閥的臥式圓筒形儲存容器，兩端采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，沒有保冷措施；內(nèi)裝混合液化石油氣，經(jīng)測試其在50℃ MPa（即50℃時丙烷飽和蒸氣壓）；圓筒內(nèi)徑Di=2600mm，筒長L=8000mm；材料為16MnR，腐蝕裕量C2=2mm，焊接接頭系數(shù)φ=。試確定：各設(shè)計參數(shù)；該容器屬第幾類壓力容器；圓筒和封頭的厚度（不考慮支座的影響）；水壓試驗時的壓力，并進(jìn)行應(yīng)力校核。解：p=pc==，Di=2600mm，C2=2mm，φ=，鋼板為6~16mm時，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表42，C1=。容積中壓儲存容器，儲存易燃介質(zhì)，且pV=m310MPam3，屬三類壓力容器。圓筒的厚度標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度水壓試驗壓力應(yīng)力校核3. 今欲設(shè)計一臺乙烯精餾塔。已知該塔內(nèi)徑Di=600mm，厚度δn=7mm，材料選用16MnR，計算壓力pc=，工作溫度t=20~3℃。試分別采用半球形、橢圓形、碟形和平蓋作為封頭計算其厚度，并將各種形式封頭的計算結(jié)果進(jìn)行分析比較，最后確定該塔的封頭形式與尺寸。解：鋼板為6~16mm時，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表42，C1=，取C2=，φ=半球形封頭壁厚標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭壁厚平蓋封頭厚度從受力狀況和制造成本兩方面綜合考慮，取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭和碟形封頭均可。4. 一多層包扎式氨合成塔，內(nèi)徑Di=800mm，工作溫度小于200℃，內(nèi)筒材料為16MnR，層板材料為16MnR，取C2=，試確定圓筒的厚度。解：鋼板為6~16mm時，16MnR的[σi]t=[σ0]t = 170 MPa，σs=345 MPa，查表42，C1=，φi=，φ0=。為安全起見取φ=，按中徑公式計算：5. 今需制造一臺分餾塔，塔的內(nèi)徑Di=2000mm，塔身長（指圓筒長+兩端橢圓形封頭直邊高度）L1=6000mm，封頭曲面深度hi=500mm，塔在370℃及真空條件下操作，現(xiàn)庫存有8mm、12mm、14mm厚的Q235A鋼板，問能否用這三種鋼板制造這臺設(shè)備。解：計算長度查表42得：8mm、12mm、14mm鋼板，C1=；取C2=1mm。三種厚度板各自對應(yīng)的有效厚度分別為：=、=、=。三種厚度板各自對應(yīng)的外徑分別為：2016mm、2024mm、2028mm8mm塔計算12mm塔計算14mm塔計算6. 圖所示為一立式夾套反應(yīng)容器，兩端均采用橢圓形封頭。反應(yīng)器圓筒內(nèi)反應(yīng)液的最高工作壓力pw=，工作溫度Tw=50℃，反應(yīng)液密度ρ=1000kg/m3，頂部設(shè)有爆破片，圓筒內(nèi)徑Di=1000mm，圓筒長度L=4000mm，材料為16MnR，腐蝕裕量C2=，對接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，且進(jìn)行100%無損檢測；夾套內(nèi)為冷卻水，溫度10℃，夾套圓筒內(nèi)徑Di=1100mm，腐蝕裕量C2=，焊接接頭系數(shù)φ=，試進(jìn)行如下設(shè)計：確定各設(shè)計參數(shù)；計算并確定為保證足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，內(nèi)筒和夾套的厚度；確定水壓試驗壓力，并校核在水壓試驗時，各殼體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性是否滿足要求。解：各設(shè)計參數(shù)：反應(yīng)器圓筒各設(shè)計參數(shù)：按GB150規(guī)定，選擇普通正拱型爆破片，靜載荷情況下，其最低標(biāo)定爆破壓力查GB150表B3爆破片的制造范圍，，其制造范圍上限為3%設(shè)計爆破壓力，%設(shè)計爆破壓力，設(shè)計爆破壓力為按內(nèi)壓設(shè)計時的設(shè)計壓力（并取計算壓力等于設(shè)計壓力）：按外壓設(shè)計時的設(shè)計壓力（并取計算壓力等于設(shè)計壓力）：按外壓設(shè)計時的計算長度：設(shè)計溫度取工作溫度鋼板為6~16mm時，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表42，C1=，腐蝕裕量C2=，φ=夾套各設(shè)計參數(shù)：設(shè)計壓力（并取計算壓力等于設(shè)計壓力）：取最高工作壓力。設(shè)計溫度取10℃，C1=0。內(nèi)筒和夾套的厚度：圓筒和標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚設(shè)計按內(nèi)壓設(shè)計時按外壓設(shè)計時夾套壁厚設(shè)計7. 有一受內(nèi)壓圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，內(nèi)徑Di=1000mm，設(shè)計（計算），設(shè)計溫度300℃，材料為16MnR，厚度δn=14 mm，腐蝕裕量C2=，焊接接頭系數(shù)φ=；在圓筒和封頭焊有三個接管（方位見圖），材料均為20號無縫鋼管，接管a規(guī)格為φ89，接管b規(guī)格為φ2198，接管c規(guī)格為φ1596，試問上述開孔結(jié)構(gòu)是否需要補(bǔ)強(qiáng)？答：根據(jù)GB150規(guī)定，接管a不需要另行補(bǔ)強(qiáng)。接管b、c均需計算后確定。橢圓形封頭的計算厚度：16MnR在300℃時許用應(yīng)力，查表D1，6~16mm時，[σ]t= 144 MPa，查表42，C1=；查表D21，≤10mm時，[σ]tt= 101 MPa；fr=101/144=。接管b的補(bǔ)強(qiáng)計算：接管c的補(bǔ)強(qiáng)計算：8. 具有橢圓形封頭的臥式氯甲烷（可燃液化氣體）儲罐，內(nèi)徑Di=2600mm，厚度δn=20 mm，儲罐總長10000mm，已知排放狀態(tài)下氯甲烷的汽化熱為335kJ/kg，儲罐無隔熱保溫層和水噴淋裝置，試確定該容器安全泄放量。解：容器安全泄放量9. 求出例43中遠(yuǎn)離邊緣處筒體內(nèi)外壁的應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度。（例43：某一鋼制容器，內(nèi)徑Di=800mm，厚度t=36mm，工作壓力pw=10MPa，設(shè)計壓力p=11MPa。圓筒與一平封頭連接，根據(jù)設(shè)計壓力計算得到圓筒與平封頭連接處的邊緣力Q0=106N/m，邊緣彎矩M0=104Nm/m，如圖所示。設(shè)容器材料的彈性模量E=2105MPa，泊松比μ=。若不考慮角焊縫引起的應(yīng)力集中，試計算圓筒邊緣處的應(yīng)力及應(yīng)力強(qiáng)度）解：遠(yuǎn)離邊緣處筒體的應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度為不考慮邊緣效應(yīng)時，按拉美公式計算的應(yīng)力分量，按應(yīng)力分類可分解成一次總體薄膜應(yīng)力、沿厚度的應(yīng)力梯度二次應(yīng)力，并計算出其應(yīng)力強(qiáng)度。各應(yīng)力分量沿圓筒厚度的平均值—一次總體薄膜應(yīng)力Pm：筒體內(nèi)壁各應(yīng)力分量的應(yīng)力梯度—內(nèi)壁處的二次應(yīng)力Q：筒體外壁各應(yīng)力分量的應(yīng)力梯度—外壁處的二次應(yīng)力Q：筒體內(nèi)壁處的各應(yīng)力強(qiáng)度：筒體外內(nèi)壁處的各應(yīng)力強(qiáng)度：32