第2章化工设备强度计算基本知识

1、第二章化工设备强度计算基本知识2.1 典型化工设备的基本结构及形状特征第2章 化工设备强度计算基本知识2.1.1 回转壳体的形成 任何平面曲线绕同平面内的某一已知直线旋转而成的曲面称为回转曲面，其中的已知直线称为回转曲面的轴，绕轴旋转的平面曲线称为回转曲面上的母线。如图2-1所示。2.1 典型化工设备的基本结构及形状特征第2章 化工设备强度计算基本知识2.1.2 回转壳体的形状特征其形状特征及用途见表2-1。2.2 内压容器的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器2.2.1.1 圆筒形壳体任何回转薄壳在内压作用时，都会发生不同程度的变形。如图2-2所示2.2 内压容器

2、的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器2.2.1.1 圆筒形壳体利用工程力学的截面法，假想用一个垂直于圆筒轴线的横截面截取圆筒的一半，留取左半部分如图2-3（a）所示。而在圆筒形壳体的横截面上必然会产生与之相平衡的轴向总拉力，即为轴向合内力，表示成1D，如图2-3（b）所示。2.2 内压容器的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器2.2.1.1 圆筒形壳体根据力平衡条件，轴向合外力等于轴向合内力，即： p4D2= 1D可得轴向（经向）应力为 ： 1= pD4 2.2 内压容器的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器

3、2.2.1.1 圆筒形壳体利用截面法，过圆筒轴线作一个纵向截面，截取圆筒下半部分如图2-4（a）所示。合内力作用方向如图2-4（b）所示。2.2 内压容器的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器2.2.1.1 圆筒形壳体根据力平衡条件，受内压作用垂直于纵向截面的合外力等于壳壁纵向截面产生的总拉力（合内力），即 pLD=22L可得纵截面的环向应力为 2= pD2 2.2 内压容器的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器2.2.1.2 球形壳体 形壳体在几何形状上对称于球心，没有轴向和环向之分，其各处应力均相同，所以球壳上轴向应力和环向应力相等。

4、受力分析如图2-5所示。2.2 内压容器的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器2.2.1.2 球形壳体根据力平衡条件，垂直于截面的总压力与下半球整个圆环截面上的总拉力相等，即p4D2=D 可得球形壳体的应力为 =pD4 2.2 内压容器的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器2.2.1.2 球形壳体如图2-6所示的球罐主要用于压力较高的气体或液体储存。2.2 内压容器的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器2.2.1.3 圆锥形壳体对圆锥形壳体受内压力作用时，这两个方向的应力如图2-7表示。2.2 内压容器的受力分

5、析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器2.2.1.3 圆锥形壳体建立方程，可以得出任一点A处的经向应力1和环向应力2。即1= pr/2cos = pDA/4cos 2= pr/cos = pDA/2cos 2.2 内压容器的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器2.2.1.4 椭圆形壳体如图2-8所示椭圆形壳体的长半轴为a，短半轴为b，椭圆形壳体上任一点处的坐标为A（x,y）。2.2 内压容器的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器2.2.1.4 椭圆形壳体根据椭圆曲线方程和在椭圆形壳体上应用微体力平衡和区域力平衡条件，同

6、样可以得出任一点A处的经向应力1和环向应力2。即为2.2 内压容器的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.1 内压薄壁容器2.2.1.4 椭圆形壳体 综上所述的几种应力分布情况如图2-9所示。2.2 内压容器的受力分析第2章 化工设备强度计算基本知识2.2.2 内压厚壁容器厚壁容器则是三向应力状态，壳壁上不仅存在环向应力2和经向应力1，而且还有径向应力3，如图2-10所示。2.3 边缘应力第2章 化工设备强度计算基本知识2.3.1 边缘应力的产生薄壁圆筒产生弯曲变形，也会产生弯矩M0和剪力Q0，如图2-11所示。2.3 边缘应力第2章 化工设备强度计算基本知识2.3.1 边缘应力的产生在化工设备上存在许多类似的情况，如图2-12所示。2.3 边缘应力第2章 化工设备强度计算基本知识2.3.2 边缘应力的特性局部性1危险性2自限性32.3 边缘应力第2章 化工设备强度计算基本知识2.3.3 考虑边缘应力影响的防止措施对于用塑性较差的脆性材料制造的容器壳体，必须充分考虑边缘应力的