【正文】 . 有兩個(gè)厚壁圓筒，一個(gè)是單層，另一個(gè)是多層圓筒，二者徑比K和材料相同，試問這兩個(gè)厚壁圓筒的爆破壓力是否相同？為什么？答：從爆破壓力計(jì)算公式看，理論上相同，但實(shí)際情況下一般不相同。由拉美公式可見，成立的原因是軸向、環(huán)向、徑向三應(yīng)力隨內(nèi)外壓力變化，三個(gè)主應(yīng)力方向始終不變，三個(gè)主應(yīng)力的大小按同一比例變化，由式可見，該式成立。9. 一厚壁圓筒，兩端封閉且能可靠地承受軸向力，試問軸向、環(huán)向、徑向三應(yīng)力之關(guān)系式，對(duì)于理想彈塑性材料，在彈性、塑性階段是否都成立，為什么？答：對(duì)于理想彈塑性材料，在彈性、塑性階段都成立。是因?yàn)樵谏鲜鰞煞N情況下的應(yīng)力值最大。內(nèi)壓外加熱，綜合應(yīng)力的最大值為周向應(yīng)力，在內(nèi)壁，為拉伸應(yīng)力；軸向應(yīng)力的最大值也在內(nèi)壁，也是拉伸應(yīng)力，比周向應(yīng)力值小；徑向應(yīng)力的最大值在內(nèi)壁，是壓應(yīng)力。7. 單層厚壁圓筒在內(nèi)壓與溫差同時(shí)作用時(shí)，其綜合應(yīng)力沿壁厚如何分布？筒壁屈服發(fā)生在何處？為什么？答：?jiǎn)螌雍癖趫A筒在內(nèi)壓與溫差同時(shí)作用時(shí)，其綜合應(yīng)力沿壁厚分布情況題圖。而徑向應(yīng)力與周向應(yīng)力的第二項(xiàng)與成正比。從Lam232。因內(nèi)壁周向應(yīng)力σθ有最大值，其值為：，隨K值增加，分子和分母值都增加，當(dāng)徑比大到一定程度后，用增加壁厚的方法降低壁中應(yīng)力的效果不明顯。除σz外，其他應(yīng)力沿厚度的不均勻程度與徑比K值有關(guān)。在數(shù)值上有如下規(guī)律：內(nèi)壁周向應(yīng)力σθ有最大值，其值為：，而在外壁處減至最小，其值為，內(nèi)外壁σθ之差為pi；徑向應(yīng)力內(nèi)壁處為pi，隨著r增加，徑向應(yīng)力絕對(duì)值逐漸減小，在外壁處σr=0。反映邊緣效應(yīng)影響范圍的大小。該值越大，邊緣效應(yīng)影響范圍越小。不自限性：連續(xù)應(yīng)力是由于毗鄰殼體，在連接處的薄膜變形不相等，兩殼體連接邊緣的變形受到彈性約束所致，對(duì)于用塑性材料制造的殼體，當(dāng)連接邊緣的局部產(chǎn)生塑性變形，彈性約束開始緩解，變形不會(huì)連續(xù)發(fā)展，不連續(xù)應(yīng)力也自動(dòng)限制，這種性質(zhì)稱為不連續(xù)應(yīng)力的自限性。不連續(xù)應(yīng)力有兩個(gè)特征：局部性和自限性。3. 試分析標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭采用長(zhǎng)短軸之比a/b=2的原因。如果采用兩個(gè)相鄰的垂直于軸線的橫截面代替教材中與經(jīng)線垂直、同殼體正交的圓錐面，這兩截面與殼體的兩表面相交后得到的兩殼體表面間的距離大于實(shí)際殼體厚度，不是實(shí)際殼體厚度。思考題1. 一殼體成為回轉(zhuǎn)薄殼軸對(duì)稱問題的條件是什么?答：幾何形狀、承受載荷、邊界支承、材料性質(zhì)均對(duì)旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱。JB4732的適用范圍：≤p100MPa，；設(shè)計(jì)溫度為低于以鋼材蠕變控制其設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度的相應(yīng)溫度（最高為475℃）；對(duì)介質(zhì)不限；采用塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、失穩(wěn)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，局部應(yīng)力用極限分析和安定性分析結(jié)果來(lái)評(píng)定；應(yīng)力分析方法是彈性有限元法、塑性分析、彈性理論和板殼理論公式、實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析；采用切應(yīng)力理論；適用疲勞分析容器，有免除條件。JB/T4735與GB150及JB4732沒有相互覆蓋范圍，但GB150與JB4732相互覆蓋范圍較廣。GB150是壓力容器標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計(jì)、制造壓力容器產(chǎn)品的依據(jù)；《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》是政府對(duì)壓力容實(shí)施安全技術(shù)監(jiān)督和管理的依據(jù)，屬技術(shù)法規(guī)范疇。《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的適用范圍：最高工作壓力≥（不含液體靜壓力）；內(nèi)直徑（非圓形截面指其最大尺寸）≥，且容積≥；盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。3. 《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》在確定壓力容器類別時(shí)，為什么不僅要根據(jù)壓力高低，還要視壓力與容積的乘積pV大小進(jìn)行分類？答：因?yàn)閜V乘積值越大，則容器破裂時(shí)爆炸能量愈大，危害性也愈大，對(duì)容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用和管理的要求愈高。如Q235A毒性程度對(duì)法蘭的選用影響也甚大，主要體現(xiàn)在法蘭的公稱壓力等級(jí)上，如內(nèi)部介質(zhì)為中度毒性危害，；內(nèi)部介質(zhì)為高度或極度毒性危害，且還應(yīng)盡量選用帶頸對(duì)焊法蘭等。如Q235A或Q235B鋼板不得用于制造毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的壓力容器；盛裝毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的容器制造時(shí)，碳素鋼和低合金鋼板應(yīng)力逐張進(jìn)行超聲檢測(cè)，整體必須進(jìn)行焊后熱處理，容器上的A、B類焊接接頭還應(yīng)進(jìn)行100%射線或超聲檢測(cè)，且液壓試驗(yàn)合格后還得進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。安全附件的作用：保證壓力容器的使用安全和測(cè)量、控制工作介質(zhì)的參數(shù)，保證壓力容器的使用安全和工藝過(guò)程的正常進(jìn)行。開孔接管的作用：滿足工藝要求和檢修需要。封頭的作用：與筒體直接焊在一起，起到構(gòu)成完整容器壓力空間的作用。過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)題解思考題1. 壓力容器主要由哪幾部分組成?分別起什么作用?答：壓力容器由筒體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座、安全附件六大部件組成。筒體的作用：用以儲(chǔ)存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的主要壓力空間。密封裝置的作用：保證承壓容器不泄漏。支座的作用：支承并把壓力容器固定在基礎(chǔ)上。2. 介質(zhì)的毒性程度和易燃特性對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、使用和管理有何影響？答：介質(zhì)毒性程度越高，壓力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈嚴(yán)重，對(duì)材料選用、制造、檢驗(yàn)和管理的要求愈高。而制造毒性程度為中度或輕度的容器，其要求要低得多。易燃介質(zhì)對(duì)壓力容器的選材、設(shè)計(jì)、制造和管理等提出了較高的要求。F不得用于易燃介質(zhì)容器；Q235A不得用于制造液化石油氣容器；易燃介質(zhì)壓力容器的所有焊縫（包括角焊縫）均應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)等。4. 《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》與GB150的適用范圍是否相同？為什么？答：不相同。GB150的適用范圍：≤p≤35MPa，；按鋼材允許的使用溫度確定（最高為700℃，最低為196℃）；對(duì)介質(zhì)不限；彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和失穩(wěn)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；以材料力學(xué)、板殼理論公式為基礎(chǔ)，并引入應(yīng)力增大系數(shù)和形狀系數(shù)；最大應(yīng)力理論；不適用疲勞分析容器。5. GB150、JB4732和JB/T4735三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有何不同？它們的適用范圍是什么？答：JB/T4735《鋼制焊接常壓容器》與GB150《鋼制壓力容器》屬于常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；JB4732《鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》是分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。GB150的適用范圍： ≤p≤35MPa，；設(shè)計(jì)溫度為按鋼材允許的使用溫度確定（最高為700℃，最低為196℃）；對(duì)介質(zhì)不限；采用彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和失穩(wěn)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；應(yīng)力分析方法以材料力學(xué)、板殼理論公式為基礎(chǔ)，并引入應(yīng)力增大系數(shù)和形狀系數(shù)；采用最大應(yīng)力理論；不適用疲勞分析容器。JB/T4735的適用范圍： ≤p；設(shè)計(jì)溫度為大于20～350℃(奧氏體高合金鋼制容器和設(shè)計(jì)溫度低于20℃,但滿足低溫低應(yīng)力工況,且調(diào)整后的設(shè)計(jì)溫度高于20℃的容器不受此限制)；不適用于盛裝高度毒性或極度危害的介質(zhì)的容器；采用彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和失穩(wěn)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；應(yīng)力分析方法以材料力學(xué)、板殼理論公式為基礎(chǔ)，并引入應(yīng)力增大系數(shù)和形狀系數(shù)；采用最大應(yīng)力理論；不適用疲勞分析容器。2. 推導(dǎo)無(wú)力矩理論的基本方程時(shí)，在微元截取時(shí)，能否采用兩個(gè)相鄰的垂直于軸線的橫截面代替教材中與經(jīng)線垂直、同殼體正交的圓錐面？為什么？答：不能。建立的平衡方程的內(nèi)力與這兩截面正交，而不是與正交殼體兩表面的平面正交，在該截面上存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，而不是只有正應(yīng)力，使問題復(fù)雜化。答：a/b=2時(shí)，橢圓形封頭中的最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力相等，使橢圓形封頭在同樣壁厚的情況下承受的內(nèi)壓力最大，因此GB150稱這種橢圓形封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭4. 何謂回轉(zhuǎn)殼的不連續(xù)效應(yīng)？不連續(xù)應(yīng)力有哪些特征，其中β與 兩個(gè)參數(shù)的物理意義是什么？ 答：回轉(zhuǎn)殼的不連續(xù)效應(yīng)：附加力和力矩產(chǎn)生的變形在組合殼連接處附近較大，很快變小，對(duì)應(yīng)的邊緣應(yīng)力也由較高值很快衰減下來(lái)，稱為“不連續(xù)效應(yīng)”或“邊緣效應(yīng)”。局部性：從邊緣內(nèi)力引起的應(yīng)力的表達(dá)式可見，這些應(yīng)力是 的函數(shù)隨著距連接處距離的增大，很快衰減至0。β的物理意義：反映了材料性能和殼體幾何尺寸對(duì)邊緣效應(yīng)影響范圍。的物理意義：該值與邊緣效應(yīng)影響范圍的大小成正比。5. 單層厚壁圓筒承受內(nèi)壓時(shí)，其應(yīng)力分布有哪些特征？當(dāng)承受內(nèi)壓很高時(shí)，能否僅用增加壁厚來(lái)提高承載能力，為什么？答：應(yīng)力分布的特征：周向應(yīng)力σθ及軸向應(yīng)力σz均為拉應(yīng)力（正值），徑向應(yīng)力σr為壓應(yīng)力（負(fù)值）。軸向應(yīng)力為一常量，沿壁厚均勻分布，且為周向應(yīng)力與徑向應(yīng)力和的一半，即。不能用增加壁厚來(lái)提高承載能力。6. 單層厚壁圓筒同時(shí)承受內(nèi)壓pi與外壓po用時(shí)，能否用壓差代入僅受內(nèi)壓或僅受外壓的厚壁圓筒筒壁應(yīng)力計(jì)算式來(lái)計(jì)算筒壁應(yīng)力？為什么？答：不能。公式思考題7圖可以看出各應(yīng)力分量的第一項(xiàng)與內(nèi)壓力和外壓力成正比，并不是與成正比。因而不能用表示。內(nèi)壓內(nèi)加熱時(shí)，綜合應(yīng)力的最大值為周向應(yīng)力，在外壁，為拉伸應(yīng)力；軸向應(yīng)力的最大值也在外壁，也是拉伸應(yīng)力，比周向應(yīng)力值小；徑向應(yīng)力的最大值在外壁，等于0。筒壁屈服發(fā)生在：內(nèi)壓內(nèi)加熱時(shí)，在外壁；內(nèi)壓外加熱時(shí)，在內(nèi)壁。8. 為什么厚壁圓筒微元體的平衡方程，在彈塑性應(yīng)力分析中同樣適用？答：因平衡方程的建立與材料性質(zhì)無(wú)關(guān)，只要彈性和彈塑性情況下的其它假定條件一致，建立的平衡方程完全相同。在彈性階段成立在教材中已經(jīng)有推導(dǎo)過(guò)程，該式是成立的。對(duì)理想彈塑性材料，從彈性段進(jìn)入塑性段，在保持加載的情況下，三個(gè)主應(yīng)力方向保持不變，三個(gè)主應(yīng)力的大小仍按同一比例變化，符合簡(jiǎn)單加載條件，根據(jù)塑性力學(xué)理論，可用全量理論求解，上式仍成立。爆破壓力計(jì)算公式中沒有考慮圓筒焊接的焊縫區(qū)材料性能下降的影響。而多層圓筒，不管是采用層板包扎、還是繞板、繞帶、熱套等多層圓筒沒有軸向深焊縫，而軸向深焊縫承受的是最大的周向應(yīng)力，圓筒強(qiáng)度比單層有軸向深焊縫的圓筒要高，實(shí)際爆破時(shí)比單層圓筒的爆破壓力要高。當(dāng)圓筒承受工作壓力時(shí)，筒壁內(nèi)的應(yīng)力分布按拉美公式確定的彈性應(yīng)力和殘余應(yīng)力疊加而成。從而提高圓筒的初始屈服壓力，更好地利用材料。其承載能力低于薄壁殼體的承載能力的原因是：薄板內(nèi)的應(yīng)力分布