压力容器中的应力计算课件.ppt

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1、第七章压力容器中的薄膜应力与弯曲应力§7-1回转壳体中的薄膜应力§7-2圆形平板承受均布载荷时的弯曲应力§7-3边界区内的二次应力§7-4强度条件§7-1回转壳体中的薄膜应力一、容器壳体的几何特点⒈什么是容器？⒉容器的几何特点二、回转壳体中的拉伸应力㈠圆筒形壳体上的薄膜应力㈡圆球形壳体上的薄膜应力㈢椭球形壳体上的薄膜应力㈣圆锥形壳体中的薄膜应力⒈什么是容器？化工厂中有各式各样的设备，比如各种贮罐、计量罐、高位槽等，主要用来贮存物料，我们通常把这些设备叫做容器。钛制脱氯塔吸收塔还有一些设备，有的进行物理过程，例如换热器、蒸馏塔、过滤器；有的进行化学反应，例

2、如反应釜、合成炉。这些设备虽然尺寸大小不一，形状结构不同，内部构件多种多样，但是它们都有一个外壳，这个外壳也叫做容器。因此，容器是化工生产所用各种设备外部壳体的总称。容器一般是由筒体、封头、法兰、支座、接管及人孔（手孔）等元件组成，如下图所示。筒体和封头是容器的主体。容器的结构⒉容器的几何特点⑴回转曲面的形成以任何直线或平面曲线为母线，绕其同平面内的轴线（回转轴)旋转一周后形成的曲面，称为回转曲面。回转曲面的形成，例如（1，2，3，4）⑵回转壳体的定义与实例就曲面而言不具有厚度，就壳体来说，则有壁厚，有了壁厚也就有了内表面和外表面之区分。居内、外表面之间

3、，且与内外表面等距离的面为中间面，以回转曲面为中间面的壳体就是回转壳体。⑶回转壳体的纵截面与锥截面①纵截面用过壳体上的某点和回转轴截开壳体得到的截面称作壳体的纵截面。（P158图7-3b）显然回转壳体上所有的纵截面都是一样的。②锥截面用过壳体上的某点并与回转壳体内表面正交的倒锥面截开壳体得到的截面称作壳体的锥截面。（P158图7-3d）锥截面不但与纵截面是正交的，而且与壳体的内表面也是正交的。③横截面如果用垂直于回转轴的平面截开壳体，则得到的是壳体的横截面。纵截面锥截面锥截面二、回转壳体中的拉伸应力回转壳体在其内表面受到介质均匀的内压作用P时（如果介质是

4、液体，暂不考虑液体静压力），壳壁将在两个方向上产生拉伸应力：一是壳壁的环向“纤维”将受到拉伸，因而在壳壁的纵截面上将产生环向拉伸应力，用σθ表示；二是壳壁的经向“纤维”也受到拉伸，因而在壳壁的锥截面内将产生经向拉伸应力，用σm表示。由于壳体壁厚相对直径来说是很小，可近似比作薄膜，并认为σθ、σm沿壁厚均匀分布，故又称σθ、σm为环向薄膜应力和经向薄膜应力。㈠圆筒形壳体上的薄膜应力⒈环向薄膜应力σθ假想将圆筒剖开，截取长度为l的一段筒体为研究对象。从垂直方向看，该段筒体受二力平衡，其中一个力是由作用在筒体内表面上介质压力P产生的合力N，另一个是筒壁纵截面上

5、的环向薄膜应力σθ之合力T。N’㈡圆球形壳体上的薄膜应力球形壳体由于没有圆筒形壳体那种“轴向”和“环向”之分，因此在球形壳体内虽然也存在着两向应力，但两者的数值相等。过球形壳体上任何一点和球心，不论从任何方向将球形壳体截开两半，都可以利用受力平衡条件求得截面上的薄膜应力为在直径与内压相同的情况下，球壳内的应力仅是圆筒形壳体环向应力的一半，即球形壳体的厚度仅需圆筒容器厚度的一半。当容器容积相同时，球表面积最小，故大型贮罐制成球形较为经济。㈢椭球形壳体上的薄膜应力在化工容器中，椭球形壳体主要是用它的一半加上直边作封头使用。椭球壳从顶点到赤道各点处的应力大小并

6、不相同。（如P161图7-5）㈣圆锥形壳体中的薄膜应力圆锥形壳体与圆筒形壳体相比较有两点区别：1.圆锥形壳体中间面的母线虽然也是直线，但它不是平行于回转轴，而是与回转轴相交，其交角α称为圆锥形壳体的半锥角。正是由于这个缘故，圆锥形中间面上沿其母线上各点的回转半径均不相等。因此，圆锥形壳体上的薄膜应力从大端到小端是不一样的。2.圆锥形壳体的锥截面与横截面不是同一截面，作用在锥截面上的经向薄膜应力σφ与回转轴也相交成α角。锥形壳体的环向应力是经向应力的两倍，与圆筒形壳体相同。锥形壳体内所产生的最大薄膜应力是同直径同壁厚圆筒形壳体的薄膜应力的1/cosa倍。并

7、且锥形壳体的应力，随半锥角a的增大而增大；当a角很小时，其应力值接近圆筒形壳体的应力值。所以在设计制造锥形容器时，a角要选择合适，不宜太大。同时还可以看出,sφ、sθ是随D改变的，在锥形壳体大端，应力最大，在锥顶处，应力为零。因此，一般在锥顶开孔。§7-2圆形平板承受均布载荷时的弯曲应力一、平板的变形与内力分析1.环形截面的变形及由此而产生的环向弯曲应力；2.相邻环形截面的相对转动及由此而产生的径向弯曲应力；3.弯曲应力的分布规律及它们的最大值。二、弯曲应力与薄膜应力的比较和结论一、平板的变形与内力分析（a）（b）（c）（d）（e）3.弯曲应力的分布规律

8、及最大值3.弯曲应力的分布规律及最大值二、弯曲应力与薄膜应力的比较和结论平板封