浅谈内压薄壁筒形容器应力分析的应用

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1、浅谈内压薄壁筒形容器应力分析的应用姚亚冬华北工业学校【摘要】笔者结合自己的教学实践，对内压筒形容器的应力分析在焊接质量要求、椭圆形人孔设置和容器的设计计算等三个方面的应用进行了剖析，以便使学生更好地理解应力分析的应用。【关键词】应力分析环向应力轴向应力【中图分类号】G712【文献标识码】A【文章编号】1674-4810（2010）07—0173—01《化工设备》课程是技校化机安装专业的技术基础课，而学习内压薄壁筒形容器的应力分析是学好设备课的基础。应力分析的目的不仅仅是让学生学会内压薄壁筒形容器的应力大小的计算

2、方法及应力分布问题，更重要的是如何运用应力分析的结果去解决实际问题，这也是摆在理论课教师面前的一个难题。下面,笔者就这个实际问题谈谈自己粗浅的认识和体会。一应用于内压圆筒纵、环焊缝的焊接质量要求上纵焊缝是钢板卷制完成后形成筒节的连接焊缝，该焊缝受环向应纵焊缝力（环向焊缝是两个筒节之间连接时施焊的焊缝），该焊缝受轴向应力环焊缝（见图1）。那么内压圆筒纵、环焊缝的焊接质量要求和应力分析有何关系呢？由内压圆筒的受力分析可知，对一平均径为D,壁厚为δ的内压筒体，在内部介质压力为P时，其器壁受有二向应力状态，

3、一个是沿轴线方向的有使其筒壁纵向纤维拉长的轴向应力σz,一个是与筒体轴线垂直的平面上有使筒体直径增大的环向hit力σθ,通过截面分析法得岀这二向应力的计算公式分别是σz（轴力）=PD/4δ0、σθ（环力）=PD/2δ0。乂由于纵焊缝受环向应力，环焊缝受轴向应力，且环向应力是轴向应力的两倍，故纵焊缝受到的力大，所以容易开裂，则其焊接时质量要求就尚。但在学习中，许多同学误认为环焊缝受环向应力，纵焊缝受轴向应力，所以环焊缝

4、质量要求高，这是不正确的认识。教师在讲解吋应从应力分析的观点入手，准确分析纵、环焊缝的受力，才可得出正确的结论。二应用于椭圆形人孔的设置方位上这个问题是我们在实际工作中经常碰到的问题，同吋也是教学中的难点问题。每当讲解该问题吋，我都会画出两种方案图，让同学们去讨论，然后选其中一种方案去剖析，最终得到正确结论，两种方案图如图2、图3所示。先假设图2的开设方法成立，然后分析椭圆形人孔侧视图投影面积A1,俯视图投影面积A2，由于在简壁侧面投影面所受的应力为σθ，俯面投影面所受应力为&sigma

5、;z,且侧面器壁受力为Alσθ,俯面器壁受力为A2σz,又由于A1〉A2、σθ>σz,故侧面器壁受力会更大，而俯面器壁受力更小，这会使器壁受力不均匀，增大了因开孔而对器壁产生的强度削弱，不符合等强度理论，因而图2的开法是错误的，故图3的开法显然是正确的，使俯面、侧面受力较均匀，从而减少开孔对强度的削弱。这样一来，同学们茅塞顿开，疑难问题就这样通过对比讲解而解决了。总之，当学生遇到问题吋，我们应鼓励其尽可能提出更多的设想，找到解决问题的途径。

6、这样不仅使学生对所学知识融会贯通,解决问题游刃冇余，而且学生丰富的想象力也会为创新思维的培养插上一双翅膀。最后，再引导学生总结出规律：“器壁开设椭圆形人孔吋应使其短轴与容器轴线平行。”图2图3三应用于容器设计计算上容器壳体的应力分析部分是压力容器设计的基础，为保证筒体强度，应使简壁内较大的环向应力不高于材料的许用应力，即可得出强度条件公式：PD/2δ0≤[σ]tφ，经推导得壁厚计算公式:δO=PDi/(2[σ]tφ—P),在设计吋可根据此公式

7、选择合适的材料厚度，同吋为使容器内部介质压力不超过设计压力，以防在使用时发生安全事故，又进一步推导出应力校核公式：P=2[σ]tφδO/(Di+δO)。式中：P—一设计压力，MPy指在相应的设计温度下用以确定容器壳壁计算厚度的压力，取略高于或等于最高工作压力；[σ]t——钢材在设计温度下的许用应力，设计吋，计算圆简壁厚使用；φ一一焊缝系数，根据焊接接头的形式和无损探伤检验要求决定；Di—一设备圆简内径，mm；δ0圆简计算壁厚，mm。总之

8、，化工设备作为一门实践性很强的学科，要想真正了解各种设备的设计方法和原理，除了用应力分析的观点解决问题外，更离不开实际的观察和操作；而要想帮助学生学好化工设备课程，从学习中培养学生的创造性思维，扩人学生的认知领域，参观实践活动才是最佳途径。