文档介绍：第二章内压容器设计
压力容器的载荷与应力
容器设计核心问题:
研究容器在外载荷作用下,有效抵抗变形和破坏的能力,处理强度、刚度和稳定性问题,保证容器的安全性和经济性。
圆筒轴向应力
假设在内压薄壁容器的应力分析图(上沿AB圆周作一截面,将圆筒分为两部分,以下部为研究对象。作用在容器内表面的介质压力,分布在圆面积;容器的切割面是一圆环面,在此圆环面上,受均匀分布的拉应力。对(b)建立平衡方程:
圆筒环向应力
如内压薄壁容器的应力分析图所示,在图(b)上沿CD面再做一横截面,过圆筒轴线又再做一垂直截面,如图(c),建立水平方向的平衡条件:
比较两式可知:薄壁圆筒受内压时,环向应力是轴向应力的两倍。因此,在设计过程中,如在筒体上开椭圆孔,应使其短轴与筒体的轴线平行,以尽量减少开孔对纵截面的削弱程度,使环向应力不致增加很多。筒体的纵向焊缝受力大于环向焊缝,施焊时应予以注意。
压力容器的不连续分析
a. 不连续效应或边缘效应
容器由于总体结构的不连续而在连接边缘的局部地区出现衰减很快的应力升高现象,称为“不连续效应”或“边缘效应”。
b. 不连续应力或边缘应力
由于不连续而引起的局部应力称为“不连续应力”或“边缘应力”。
不连续应力的局部性和自限性
理论与实验均已证明,发生在连接边缘处的边缘应力具有局限性和自限性两个基本特性:
——不同性质的联接边缘产生不同的边缘应力,但它们大多数都有明显的衰减波特性,随着离开边缘的距离增大,边缘应力迅速衰减。
——由于边缘应力是两联接件弹性变形不一致,相互制约而产生的,一旦材料产生了塑性变形,弹性变形的约束就会缓解,边缘应力自动受到限制,这就是边缘应力的自限性。
因此,若用塑性好的材料制造筒体,可减少容器发生破坏的危险性。正是由于边缘应力的局部性与自限性,设计中一般不按局部应力来确定厚度,而是在结构上作局部处理。但对于脆性材料,必须考虑边缘应力的影响。
内压薄壁容器的设计
圆筒和球壳的设计计算
设计参数的规定
压力实验
封头的设计计算
(一)设计内容:容器应根据工艺过程要求和条件,
进行结构设计和强度设计。
结构设计主要选择适用、合理、经济的结构形式,同时满足制造、检测、装配、运输和维
修的要求。
强度计算内容包括选择容器的材料,确定主要尺寸,满足确定、刚度和稳定性的要求,以确保容器安全可靠地运行。
(二)设计方法
常规设计:又称规则设计,依据“钢制压力容器”国家标准进行设计。该标准采用弹性失效准则,对壳体应力不作详细分析,只计算总体应力,并限制壳体的基本(薄膜)应力不超过材料的许用应力值。而由于总体结构不连续引起的附加应力,以应力增强系数引入壁厚计算。
分析设计:要求对容器的载荷做详细的分析。并根据载荷的性质进行分类,在此基础上,对不同的应力加以限制。