锅炉压力容器应力分析课件.ppt

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1、张启波青岛理工大学锅炉压力容器安全Boilerpressurecontainersafety第三章锅炉压力容器应力分析第1节受内压薄壁壳体的应力分析第2节受内压厚壁壳体的应力分析第3节平板的应力分析第4节薄壁壳体边缘应力分析第5节开孔的安全性第6节热应力第1节受内压薄壁壳体的应力分析几个概念构件变形的基本形式：拉伸与压缩、剪切、扭转、弯曲。外力：内力：构件内某一部分与相邻部分之间相互的力，作用在一个截面上的力，力系。应力：内力在截面上各点的分布情况，单位截面上作用的内力来衡量。P=dF/dA;σ—法向应力；τ—剪应力；胡克定律：材料力学实验表明，当应

2、力不超过某一限度时，应力与应变成正比关系。σ=Eε；E—材料的弹性模量，ε—线应变=du/dx；泊桑比μ：当构件受到拉伸或压缩时，其横向也发生收缩或胀大，其横向应变也与应力成正比。构件横向应变与纵向应变的比例称为泊桑比。即：即横向应变几个概念广义胡克定律：几个概念一、无力矩理论及基本方程壳体与回转壳体壳体：锅炉压力容器的主要承压结构。是两个近距离同形曲面围成的结构，两曲面间的垂直距离为厚度。中面—平分壳体厚度的曲面叫壳体的中面。回转壳体：中面为回转的壳体；壳体与回转壳体回转壳体：壳体与回转壳体回转壳体：母线：AB经线：AB’，如果通过回转轴作一纵截面

3、与壳体曲面相交所得的交线，与母线的形状相同；中间面：与壳体内外表面等距离的中曲面；法线：n，通过经线上任意一点M垂直于中间面的直线，其延长线必与回转轴相交。过M点可作无数平面，每一平面与回转曲面相交均有交线，每条交线都在M点有不同的曲率半径，但我们只关心下面三个：过M点与回转轴作一平面，即MAO平面，称为经线平面。在经线平面上，经线AB’上M点的曲率半径称为第一曲率半径，用表示；过M点作一与回转轴垂直的平面，该平面与回转轴的交线是一个圆，称为回转曲面的平行圆，也称为纬线，此平行圆的圆心一定在回转轴上；过M点再作一与经线AB’在M点处切线相垂直的平面，

4、该平面与回转曲面相交又得一曲线，这一曲线在M点的曲率半径称为第二曲率半径，用表示；壳体与回转壳体若自K2点向回转曲面作一个与回转曲面正交的圆锥面，则该圆锥面与回转曲面的交线也是一个圆——纬线；就普通回转体而言，用与轴线垂直的平面截取得到的壳体截面与用上述圆锥面截取得到的壳体截面是不一样的，前者是壳体的横截面，并不能截出壳体的真正厚度(圆柱形壳体除外)，而后者称为壳体的锥截面，截出的是回转体的真正壁厚；第一曲率半径的简单求法：经线的曲率半径第二曲率半径的简单求法：经线到回转轴的距离。ab=a?还是=b?=a壳体与回转壳体壳体与回转壳体薄壁回转壳体：简称

5、回转薄壳，当壳体外径/内径（K）≤1.2时。厚壁回转壳体：当壳体外径/内径（K）＞1.2时。薄壁壳体的基本假设小位移假设：壳体受力以后，各点的位移远小于壁厚，变形分析时可以忽略高阶微量；直线法假设：壳体变形前后直线关系保持不变（垂直于中间面直线），变形后厚度保持不变；不挤压假设：壳体各层纤维变形前后均互不挤压，变形后法向应力和其它方向应力相比是可以忽略的，使得薄壁壳体的应力分析变为平面应力分析。无力矩理论无矩理论或薄膜理论：对于回转薄壳，认为其承压后的变形与气球充气的情况相似。其内力与应力为张力（无弯曲应力），沿壳体厚度均匀分布，呈双向应力状态，壳壁

6、中没有弯矩及弯曲应力。具有足够的精度。圆筒形容器受力分析①段：受压前后经线仍近似保持直线，这部分只承受拉应力，称为薄膜应力，没有弯曲应力。②③段：由于筒体与封头的变形不同，其中筒体变形大于封头的变形，因此在这种连接处形成了一种相互约束，从而导致在附近产生附加的弯曲应力，称为边缘应力。当圆筒容器承受内压力P作用以后，其直径要稍微增大，故圆筒内的“环向纤维”要伸长，因此在筒体的纵截面上必定有应力产生，此应力称为环向应力，以　　表示；由于容器两端是封闭的，在承受内压后，筒体的“纵向纤维”也要伸长，则筒体横向截面也有应力产生，此应力称为经向（轴向）应力，以　

7、　表示。圆筒形容器受力分析圆筒形容器受力分析经向应力作用于筒体的横截面上，方向平行于筒体的轴线；环向应力作用于筒体的纵截面上，方向为切线方向，每一点环向应力的方向不同。经向应力作用面环向应力作用面任意回转体薄膜应力的计算1、经向应力的计算，同一纬线上的经向应力相等？Y方向平衡方程：任意回转体薄膜应力的计算这个公式是计算承受气体内压的回转体在任意纬线上经向应力的一般公式，称为区域平衡方程式；经向应力产生在经线方向，作用在圆锥面与壳体相割所形成的锥截面上；不同纬线上各点的经向应力不同，而同一纬线上的经向应力相等。其中是圆锥面得半顶角。任意回转体薄膜应力的

8、计算2、环向应力的计算在同一经线上的环向应力可能是不相等的，因此不能用截面法求取环向应力。需通过微元体应力平