化工设备机械基础第四版内压薄壁圆筒与封头的.ppt

第 4 章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 第一节、强度设计的基本知识 第二节、内压薄壁圆筒与球壳的强度设计 第三节、内压圆筒封头的设计 第一节、强度设计的基本知识 ? 强度设计 ： 根据给定的公称直径以及计算压力和温度， 设计出合适的壁厚，以保证设备安全可靠地运行。 ? 新压力容器 强度计算的内容： ? 确定设计参数； ? 选择所使用的材料； ? 确定容器的结构形式； ? 计算筒体与封头壁厚； ? 选取标准件； ? 绘制设备图纸。 ? 再用压力容器 的强度校核：我国对压力容器实施定期检查制度。压 力容器在使用一定年限后会因腐蚀而导致壁厚减薄，所以在每次检 查时，应根据实测壁厚进行强度校核，其目的是： ? 判定在下一个检验周期内，或在剩余寿命期间，容器是否能 够在原设计条件下安全使用； ? 当容器已被判定不能在原设计条件下使用，应通过强度计算， 提出容器监控使用的条件； ? 当容器针对某一使用条件需要判废时，应提出判废标准。 ? 弹性失效： 内压容器一处的最大应力达到材料在设计温度下的 屈服点时，容器即为受到破坏，也就是说，容器的每一部分都必 须处于弹性变形范围之内； ? 设计准则： 为了保证安全，必须留有一定的安全裕度： 1. 关于弹性失效的设计准则 ] [ 0 ? ? ? ? ? n 当 2. 强度理论及其相应的强度条件 S PD 2 1 ? ? ? ? ? S PD m 4 2 ? ? ? ? 0 3 ? ? r ? ? 环向应力 轴向应力 径向应力 对于承受均匀内压的薄壁容器，其主应力规定为： 2.1 第一强度理论 ? 根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着 最大拉应力 所在的截面发生脆性断裂，也就是说，不论在什么样的应力状态 下，只要三个主应力中最大拉应力 σ 1 达到了 材料的极限应力，材 料就发生破坏； ? 强度条件： ? 在 17 世纪提出，最早的强度理论，也称为最大拉应力理论； ? 只适用于脆性材料。 ? ? ? ? ? ? ? ? S PD I 2 1 当 ? 认为材料沿最大主应力方向破坏并不是由最大主应力 达到某一极限值所引起的，而是由于最大拉伸应变达 到某一极限所引起的； ? 也称为最大主应变理论； ? 因为应变难以测量，因此第二强度理论用得不多。 2.2 第二强度理论 ? 根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着 最大剪应力 所在的截面滑移而发生流动破坏； ? 不论在什么样的应力状态下，只要最大剪应力达到了材料的极限 值，就会引起材料的流动破坏； ? 强度条件： ? 也称为最大剪应力理论。 2.3 第三强度理论 ] [ 2 ] [ 3 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? S PD III 当 ? 根据：不论在什么样的应力状态下，只要构件内一点的 形状改变 比能 达到了材料的极限值，就会引起材料的流动破坏； ? 形状改变比能：随着弹性体发生变形而积蓄在其内部的能量，如 拉满的弓、机械表的发条被拧紧时； ? 强度条件： ? 也称为形状改变比能理论。 2.4 第四强度理论 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 1 3 2 3 2 2 2 1 2 1 ] [ 3 . 2 ? ? ? ? S PD IV 当 第二节、内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计 1. 内压薄壁圆筒壳的强度条件 若取第三强度理论， ? ? t PD S ? 2 ? ? ? ? ? t i c S D P S ] [ 2 ? ? 整理得到 计算壁厚 S 的公式， c t i c P D P S ? ? ? ? ] [ 2 基于内径的圆筒 计算壁厚公式 同样取第三强度理论， ? ? t PD S ? 2 ? ? ? ? ? t o c S D P S ] [ 2 ? ? 整理得到计算壁厚 S 的公式， c t o c P D P S ? ? ? ? ] [ 2 基于外径的圆筒 计算壁厚公式 ? 若基于内径： ? 若基于外径： 若考虑腐蚀裕量 C 2 ，得到 设计壁厚 S d ， 2 C S S d ? ? 名义壁厚 ? ? ? ? 1 C S S d n 有效壁厚 ? ? ? ? ? ? ? ? S C C S S n e 2 1 ? 对已有设备进行强度校核： 强度校核 ? ? ? ? ? ? ? t e e i c t S S D P ? ? ? 2 ? 最大允许工作压力： e i e t w