压力容器应力分析ppt课件.ppt

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1、2压力容器应力分析本章重点：了解薄膜理论的基本原理和意义，掌握利用无力矩理论求解轴对称问题的基本方程，计算常用壳体的薄膜应力；掌握对几种典型回转壳体第一和第二曲率半径的计算；理解无力矩理论应用的条件；掌握容器不连续效应的基本概念和特征；了解拉美公式的的推导过程，掌握厚壁圆筒在内外压作用下应力的基本特征；6.了解厚壁圆筒温差应力的分布规律；7.理解厚壁圆筒弹塑性应力及残余应力的概念，掌握自增强计算的原理；8.理解薄板弯曲理论的基本假设及其含义，掌握受轴对称横向载荷圆形薄板小挠度弯曲微分方程及其应用；9.了解外压容器失稳破坏的特点，掌握弹性失稳、非弹性失稳、临界压力、圆筒计算长度、临界

2、长度等概念；10.了解常用的局部应力的计算方法。2压力容器应力分析压力容器应力分析2.1回转薄壳应力分析2.2厚壁圆筒应力分析2.3平板应力分析2.4壳体的稳定性分析2.5典型局部应力总结主目录压力容器设计的任务和设计方法设计任务：1.工艺设计，确定设计参数如压力、温度、内径等；2.结构设计，确定容器零部件的结构型式；3.强度计算，根据设计参数确定合适的容器厚度。设计方法：常规设计强度判据：第一强度理论σ1≤[σ]其中σ1为器壁3个主应力中最大值，若求σ1，必须对容器的器壁进行应力分析，求出其与容器压力、内径和厚度等参数的关系表达式。2.1回转薄壳应力分析背景知识一、回转薄壳的薄膜

3、应力分析1.基本概念回转薄壳母线平行圆经线纬线法线第一曲率半径第二曲率半径（圆柱壳、球壳、锥壳）2.1回转薄壳应力分析R1=∞R2=RR1=R2=RR1=∞R2=R／cosαA点3.薄膜应力分析（membranestressanalysis）薄膜应力：经向应力σφ周向应力σθ由于研究的壳体壁厚较薄，且不考虑壳体与其它部件连接处的局部应力，这时可认为σφ和σθ沿壁厚均匀分布，这种应力称为薄膜应力。。2.1回转薄壳应力分析2.两个基本假设直法线假设：壳体在变形前垂直于中间面的直线段，在变形后仍保持直线并垂直于变形后的中间面，且直线长度不变。由此假设，沿厚度各点的法向位移相同，变形前后壳

4、体厚度不变。互不挤压假设：壳体各层纤维变形后均互不挤压，由此假设壳壁的法向应力与壳体其它应力分量相比是可以忽略的小量。（1）经向应力σφ（meridionalstress）用一与回转壳体中间面正交的圆锥面切割一承受内压的壳体，取截面以下部分为分离体，该分离体上作用内压P和经向应力σφ，在轴线方向合力应互相平衡。2.1回转薄壳应力分析Q力被经向内力沿轴线方向的合力所平衡，即：2.1回转薄壳应力分析取一宽度为dl的环带，气体压力轴向合力：区域平衡方程（2）周向应力σθ（hoopstress）由3对截面截取小单元体：壳体的内外表面，两个相邻的夹角为dθ的经线平面，两个相邻的和壳体中面正交

5、的锥面。假设ab=cd=dl1bc=ad=dl22.1回转薄壳应力分析经向内力周向内力根据小单元体在法线方向的力平衡条件可得：2.1回转薄壳应力分析微元平衡方程4.薄膜理论的应用2.1回转薄壳应力分析（1）球形壳体两个基本方程：区域平衡方程微元平衡方程（2）圆筒形壳体（3）锥形壳体（4）椭球形壳体图2-9R1=∞R2=R／cosαA点薄膜应力是只有拉（压）应力，没有弯曲正应力的一种二向应力状态，因而薄膜应力又称为“无力矩理论”。2.1回转薄壳应力分析5.无力矩理论和有力矩理论无力矩理论适用的范围：除了薄膜内力外，还考虑弯曲内力（因中面的曲率、扭率改变而产生的横向力、弯矩和扭矩），对

6、壳体进行应力分析，这种理论称为“有力矩理论”。薄壁壳体回转壳体曲面在几何上是轴对称的，器壁壁厚无突变，曲率半径连续变化，材料均匀连续且各向同性载荷分布是轴对称和连续的，薄膜理论不适用于有应力集中处或存在边缘力和边缘弯矩的壳体边缘处壳体边界应是自由的不满足无力矩理论应用条件的局部区域2.1回转薄壳应力分析二、回转薄壳的不连续分析1.不连续效应和不连续应力（边缘效应和边缘应力）2.不连续应力的基本分析方法薄膜解：一次应力外载荷有矩解：二次应力边缘力和边缘弯矩2.1回转薄壳应力分析由于总体结构不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的应力增大现象，称为“不连续效应”或“边缘效应”

7、。由此引起的局部应力称为“不连续应力”或“边缘应力”。影响因素：结构、厚度、载荷、温度和材料4.设计时处理方法2.1回转薄壳应力分析3.不连续应力的特点局部性：离边缘距离X>2.5(Rt)1/2时，各内力呈指数函数迅速衰减直至消失自限性：塑性材料产生塑性变形缓解弹性约束静载荷，塑性材料，作局部处理如圆弧过渡，不等厚处削薄连接等承受低温或疲劳载荷，或是脆性材料壳体，必须加以核算避免新的应力集中，消除焊接残余应力，支座处和开孔处应力集中本节结束啦2.2厚壁圆筒应力分析厚壁