8.2.4受气体内压的锥形壳体.ppt

薄膜应力理论 2）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； 3）锥形壳体的最大薄膜应力位于其大端的纵截面内： 锥顶的应力σ=0； 1）应力大小与 r 成正比，最大 r 为D/2；应力随半锥角增大而增大。 8.2.4 受气体内压的锥形壳体 讨论 问题：1.圆筒壳与锥壳连接处应力突变，为什麽？从结构上如何解决？ 2.半锥角越大，锥壳上的最高应力如何变化？ 3.在锥壳上那个位置开孔，强度削弱最小？ 8.2.4 受气体内压的锥形壳体 * 薄膜应力小结 薄膜应力是由于壳体的环向与经向“纤维”受到拉伸引起的， σθ作用在壳体的纵截面上，σm作用在壳体的锥截面内； 圆筒形壳体与圆球形壳体上各点的薄膜应力均相同，球壳的σθ = σm ，圆筒的σθ =2 σm 。 锥形壳体与椭球壳上各点处的薄膜应力不相同。锥形壳的最大薄膜应力在锥体大端的纵截面内，标准椭球壳上的最大拉伸薄膜应力位于顶点的纵截面内，最大压缩薄膜应力作用在赤道处的纵截面内。 * 薄膜应力小结 四种壳体的最大薄膜应力可用如下通式表示： 圆筒形壳体和标准椭球形壳体，K=1 球壳，K=0.5 圆锥形壳体，K=1/cosα 决定薄膜应力大小的基本因素有两个：一是压强p，二是壳体的截面几何量δ/D值。壳体的不同形状对薄膜应力的影响则反映在系数K中。（K称为形状系数） 薄膜应力的含义是器壁上的应力沿壁厚均匀分布，真实应力的分布并非如此，所以薄膜应力计算公式的应用条件是δ/D<0.1。 * 8.3 边缘应力 * 压力容器边缘——指“不连续处”，主要是几何不连续及载荷（支撑）不连续处，以及温度不连续，材料不连续等处。 例如：几何不连续处： 边界应力的概念 * 温度不连续： 材料不连续： 边界应力的概念 在不连续点处，由于介质压力及温度作用，除了产生薄膜应力外，还由于自由变形的不一致而产生相互约束，从而导致附加内力和应力，称为边界应力。 * 边界应力的产生 筒体的端面直径没有增大：伴随这种限制，必然在筒壁端部的纵截面内产生环向压缩薄膜应力； 筒体的端面横截面没有转动：伴随这种限制，必然在筒壁端部的横截面内产生轴向弯曲应力； * 边缘处产生附加内力： M0-附加弯矩； Q0-附加剪力。 边界应力的产生 * 影响边界应力大小的因素 薄壁圆筒和厚平板形封头连接 假设封头不变形，可得筒体和封头连接处筒体横截面内产生的最大弯曲应力为： 可见，在连接处由于边界效应引起的附加弯曲应力比由内压引起的环向薄膜应力还要大54%。 不同形状的封头与筒体连接，由于两者的相互限制程度不同，所以产生的边界应力大小也不同。 * 影响边界应力大小的因素 薄壁圆筒和半球形封头连接 二次环向薄膜应力 轴向弯曲应力 结论：当筒体与球形封头连接时，可以不考虑边界应力。 * 1、局部性 只产生在一局部区域内，边缘应力衰减很快。见如下测试结果： 边界应力的性质 * 2、自限性 边界应力的性质 当构件间的相互限制增大到使边界应力达到材料的屈服极限时，则相互限制的器壁金属发生局部的塑性变形，限制得到缓解，因相互限制所引起的应力也会自动停止增长。 自限性的前提：材料应具有良好塑性。 * 对边界应力的处理 在边缘区采用等厚度与较大过渡圆弧圆滑过渡的结构； 焊缝及开孔避开边缘区，防止应力集中； 加厚壳体边缘区的厚度，并使厚度渐次变化过渡到一般区域； 焊接后进行热处理； 筒体纵向焊缝错开焊接。 1、利用局部性特点——局部处理。 * 对边界应力的处理 * 对边界应力的处理 注意：对于脆性材料、塑性较差的高强度钢制的重要压力容器、低温下铁素体钢制的重要压力容器和受疲劳载荷作用的压力容器，必须正确计算边缘应力。 2、利用自限性——保证材料塑性 ——可以使边缘应力不会过大，避免产生裂纹。 ——尤其对低温容器，以及承受疲劳载荷的压力容器， 更要注意边缘的处理。 对大多数塑性较好的材料，如低碳钢、奥氏体不锈钢、铜、铝等制作的压力容器，一般不对边缘作特殊考虑。 * 对边界应力的处理 3、边界应力的危害性 边缘应力的危害性低于薄膜应力。 薄膜应力无自限性，正比于介质压力。属于一次应力。 边缘应力具有局部性和自限性，属于二次应力。 * 薄膜应力是只有拉压正应力，没有弯曲正应力的一种两向应力状态，因而又称为“无力矩理论”，适用于没有或不大的弯曲变形情况下的轴对称回转壳体。 * 问题1：在设计过程中，如在筒体上开椭圆孔，应如何开？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。 问题2：钢板卷制圆筒形容器，纵焊缝与环焊缝哪个易裂？筒体的纵向焊缝受力大于环向焊缝，施焊