第七章(已校)

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1、第七章压力容器中的薄膜应力.弯曲应力与二次应力1回转壳体中的薄膜应力2圆形平板承受均布载荷时的弯曲应力3边界区内的二次应力17.1回转壳体中的薄膜应力7.1.1容器壳体的几何特点容器：化工生产所用各种设备外部壳体的总称。一般容器的结构—以卧式容器为例2标准化的意义设计——无需计算和制图，按已有标准图选择。制造——有利于成批生产，降低成本，保证产品质量，提高竞争力。维修——备件规格尺寸均通用，实现互换性。通商贸易——国内国际间通用，消除贸易障碍。我国已实现容器零部件标准化的有：圆筒体、封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜和液面计等。7.1.2容器零部件的标准化37.1.3容器零部件标准化的基本

2、参数公称直径（DN)公称压力(PN)。规定:（1）圆筒体的公称直径：板卷制的——筒体内径；无缝钢管制的——筒体外径。（2）法兰与其相配的管子或筒体的PN、DN相一致。注意：钢管的DN≠Di,D047.1.4容器机械设计的基本要求容器机械设计条件及程序：1.容器机械设计条件：（1）工艺结构要求及基本工艺尺寸；（2）工作压力、工作温度及工作介质；（3）容器的工作环境、重要程度；科学严谨的态度——合格的设计质量5确定设计依据及相关标准开始选择材料确定容器类别结构设计壁厚设计零部件设计压力试验核算绘制施工图校核审核结束合格合格不合格不合格批准2.机械设计程序67.1.5机械设计的基本要求：1.强度

3、——不发生破坏如焊缝开裂，筒体爆破，螺栓拉断等。2.刚度——不发生过大变形如塔体倾斜，塔盘下凹等。3.稳定性——不发生瘪塌或褶皱如卧式容器支座之间的筒体发生瘪塌，气柜抽负瘪塌，塔体支座在起吊时发生瘪塌等。74.耐久性——保证使用寿命。一般化工设备设计使用寿命为10～15年。大多取决于腐蚀情况，有些取决于疲劳、蠕变或振动。5.密封性——包括内漏和外漏。86.标准化设计法兰、螺栓、封头、筒体、支座、接管、人孔？7.方便制造、操作与检修，便于运输※操作阀门位于操作台面2米高，可否？※储罐内介质脏，设计结构如何考虑？※塔高100米，设计要求整体运输。合理？※壳体的焊缝全部要求双面焊，结构需如何处理

4、？※直径2米的容器，壁厚2mm就满足强度要求，可否批准？8.技术经济指标合理经济指标：单位生产能力；消耗系数；设备价格；管理费用和生产总成本。97.1.6回转壳体中的薄膜应力1回转壳体的应力分析——薄膜理论简介薄壁容器及其应力特点化工容器和化工设备的外壳，一般都属于薄壁回转壳体：δ/Di＜0.1或D0/Di≤1.2在介质压力作用下壳体壁内存在环向应力和经（轴）向应力。10薄膜理论概念：计算壳壁应力有如下理论：薄膜理论。假定壳壁如同薄膜一样，只承受拉应力和压应力，完全不能承受弯矩和弯曲应力。壳壁内的应力即为薄膜应力。11在工程实际中，理想的薄壁壳体是不存在的，因为即使壳壁很薄，壳体中还会或多

5、或少地存在一些弯曲应力。由于弯曲应力一般很小，如略去不计，其误差仍在工程计算的允许范围内，而计算方法大大简化。122容器的几何特点与基本假设2.1基本概念回转壳体——由直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴旋转3600而成的壳体。13几个典型回转壳体14轴对称——指壳体的几何形状、约束条件和所受外力都对称于回转轴。与壳体内外表面等距离的曲面——中间面母线：15法线：经线：过经线任一点垂直中间面的直线过轴线的平面与中间面的交线纬线(平形圆)：作圆锥面与壳体中间面正交，所得交线。16第一曲率半径：K1M第二曲率半径：K2M172.2基本假设：（1）小位移假设。壳体受压变形，各点位移都小于壁厚。简化

6、计算。（2）直法线假设。沿厚度各点法向位移均相同，即厚度不变。（3）不挤压假设。沿壁厚各层纤维互不挤压，即法向应力为零。182.3经向薄膜应力计算——区域平衡方程19经向应力计算公式：(MPa)式中sm---经向应力；p-----介质内压，（MPa）；R2-------第二曲率半径，（mm)；δ--------壳体壁厚，（mm）。202.4环向应力计算——微体平衡方程21环向应力计算公式——微体平衡方程式中sm---经向应力（MPa);sq---环向应力（MPa）；R1----第一曲率半径（mm）；R2----第二曲率半径（mm）；p----介质压力（MPa）；δ----壳体壁厚（mm)。

7、222.5薄膜理论的应用范围1.材料是均匀的，各向同性的。厚度无突变，材料物理性能相同；2.轴对称——几何轴对称，材料轴对称，载荷轴对称，支撑轴对称；3.连续——几何连续，载荷（支撑）分布连续，材料连续。4.壳体边界力在壳体曲面的切平面内。无横向剪力和弯距作用，自由支撑等；232.6薄膜理论的应用受气体内压的圆筒形壳体式中R2=D/2则2.环向应力：由式中p,S为已知，而R1=∞,带入上式，解得！圆筒体上任一点处，1.经