内压薄壁圆筒与封头的强度设计

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1、内压薄壁圆筒与封头的强度设计教学重点：内压薄壁圆筒的厚度计算教学难点：厚度的概念和设计参数的确定1旧压力容器厚度进行强度校核的意义判定在下一个检验周期内或在剩余寿命期间内，容器是否还能在原设计条件下安全使用的条件当容器已被判定不能在原设计条件下使用时，应通过强度计算，提出容器监控使用当容器针对某一使用条件需要判废时，应提出判废依据2根据薄膜理论进行应力分析，确定薄膜应力状态下的主应力根据弹性失效的设计准则，应用强度理论确定应力的强度判据对于封头，考虑到薄膜应力的变化和边缘应力的影响，按壳体中的应力状况在公

2、式中引进应力增强系数根据应力强度判据，考虑腐蚀等实际因素导出具体的计算公式。内压薄壁圆筒与封头的强度设计公式推导过程3容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点，容器即告失效(失去正常的工作能力)，也就是说，容器的每一部分必须处于弹性变形范围内。保证器壁内的相当应力必须小于材料由单向拉伸时测得的屈服点。第一节强度设计的基本知识一、关于弹性失效的设计准则1、弹性失效理论4为了保证结构安全可靠地工作，必须留有一定的安全裕度，使结构中的最大工作应力与材料的许用应力之间满足一定的关系，即——相当应力，MPa

3、，可由强度理论确定——极限应力，MPa，可由简单拉伸试验确定——安全系数——许用应力,MPa2、强度安全条件5径向应力二、强度理论及其相应的强度条件1、薄壁压力容器的应力状态图4-1应力状态6由薄膜理论,圆筒壁内应力为经向应力、环向应力、法向应力（被认为是0）。则三项主应力为：7第一强度理论（最大拉应力理论）使材料发生断裂破坏的主要因素是最大主拉应力σ1，只要σ1达到单向拉伸时材料的强度极限σb材料将要断裂破坏。破坏条件强度条件该理论与均质的脆性材料的实验结果吻合较好8第二强度理论（最大伸长线应变理论）当

4、材料的最大伸长线应变ε1达到材料单向受拉破坏时的线应变εb=σb/E时，材料将要发生断裂破坏。破坏条件强度条件该理论只与少数脆性材料的实验结果吻合9第三强度理论（最大剪切应力理论）最大切应力是使材料发生屈服破坏的根本原因。只要最大剪切应力τmax达到材料单向受力时的屈服极限σs所对应的极限剪切应力τs=σs/2，材料将发生屈服（剪断）破坏。破坏条件强度条件10第四强度理论（能量理论）形状改变比能是引起材料屈服破坏的基本原因。只要复杂应力状态下材料形状改变比能达到单向受力情况屈服破坏时相应的极限形状改变比能

5、，材料就会发生屈服破坏。破坏条件强度条件第三强度理论偏于安全,第四强度理论偏于经济11在大多数应力状态下,脆性材料将发生脆性断裂.因而应选用第一强度理论;而在大多数应力状态下,塑性材料将发生屈服和剪断.故应选用第三强度理论或第四强度理论.但材料的破坏形式不仅取决于材料的力学行为,而且与所处的应力状态,温度和加载速度有关.实验表明,塑性材料在一定的条件下(低温和三向拉伸),会表现为脆性断裂.脆性材料在三向受压表现为塑性屈服。12第一强度理论（最大主应力理论）第三强度理论（最大剪应力理论）强度条件强度条件适用

6、于脆性材料适用于塑性材料总结：13第四强度理论（能量理论）强度条件适用于塑性材料第二强度理论（最大变形理论）与实际相差较大，目前很少采用。压力容器材料都是塑性材料，应采用三、四强度理论，GB150-98采用第三强度理论.14第三强度理论的强度条件为：因此圆筒强度条件为：154.2内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计4.2.1强度计算公式依据第三强度理论，强度公式为：参数变换：1.将中径换算为圆筒内径，D=Di+;2.压力换为计算压力Pc；3.考虑到焊缝处因气孔、夹渣等缺陷以及热影响区晶粒粗大等造成的强度削弱，

7、引进焊缝系数f(≤1)；4.材料的许用应力与设计温度有关。16考虑实际情况，引入pc等参数考虑介质腐蚀性考虑钢板厚度负偏差并圆整第二节内压薄壁圆筒壳体与球壳的强度设计一、强度设计公式1、内压薄壁圆筒这是写在图纸上的钢板厚度！17强度校核公式最大允许工作压力计算公式1、当筒体采用无缝钢管时，应将式中的Di换为D02、以上公式的适用范围为3、用第四强度理论计算结果相差不大18式中e——有效壁厚，e=圆整后的壁厚（n）－C1－C2。强度校核公式：1）在工作压力及温度下，现有容器强度够否？2）现有容器的最大

8、允许工作压力如何？19公式的适用范围为2、内压球形壳体20工作压力指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。设计压力指设定的容器顶部的最高压力，它与相应设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。计算压力指在相应设计温度下，用以确定壳体各部位厚度的压力，其中包括液柱静压力。计算压力pc=设计压力p+液柱静压力二、设计参数的确定1、压力——表压21工作压力pw---正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。由工艺计