过程设备设计基础课件化设

CHAP.7（3）①纵截面用过c点与回转壳体轴线的平面去截开壳体后得到的截面称作壳体的纵截面。（产生sq）FBBC0CHAP.71.CHAP.71.化工设备根据其作用可分为反应设备 设备，换热设备，分离设备。这些设备虽然尺寸不同，结构形状不同，但它们都有一个外壳——容器。1)平面内的一条直线或曲线绕其同平面内的轴线旋转一周所能得到的曲面，称为回转曲面。以回转曲面作为中间面的壳体称为回转壳体。壳体厚度就是内外表面间的法向距离。（壁厚δ）CHAP.CHAP.7CHAP.7CHAP.7（sm用过c如果用垂直于回转轴的平面截开壳体,CHAPCHAP.72)回转壳体在其内表面受到介质均匀的内压作用时，（介质是气体或流体，当介质流体时不考虑其静压），壳壁将在二个方向上产生拉伸应力。一是壳壁的环向纤维将受到拉伸，在壳壁的纵向截面上将产生环向拉伸应力，用sq表示；由于壳体壁厚相对直径说很小，可近似比作薄膜，并认为沿壁厚均匀分布，称环向薄膜应力。应力，用sm表示。也可视为沿壁厚均匀分布。 sm如何求呢CHAP.7b.经向薄膜应力sm

CHAP.7b.s=

N,

pDi24

sq=由以 得到二个结论内压圆筒上就某点来说，该点的环向薄膜应力sqsq,sm仅与压力P及截面几何参量Dd有关不管封头的形状如何，根据前面所得结论，N‘

式中的D是圆筒的平均直径（中径）②另一个内力T‘，其值为T=pDds D＝Di＋δ，δ与D相比甚小，将N’式中4

p=pDds

CHAP.72)CHAP.72)(1)σpa.环向薄膜应力sq CHAP.7①合力NN=dNsinq=Ridqlpsinq=Rilpsinqdq=-Rilp(cosp-cos2RilpDilp Dil是承压曲面在假想切开的纵向剖面上的投影面积,与σθCHAP.7②合力作用在筒体纵截面上的，其合力可参看上图。T2dlN=Dilp=2dls=pqCHAPCHAP.7CHAP.7s=pr

CHAP.71）任意一点半径r

f2tcosa

（1）环形截面的变形及由此产生的环向弯曲应力sq从图所示圆形平板中，取出一个半径为r厚度视为零的圆环，圆板在变形前s= qtcosaa

s=pD1 s= 4d q2d

中性圆的距离成正比。正是由于该圆环上每条环向纤维均产生了这种拉伸或压缩变形，所以就使环向纤维的每个点都产生了沿该点切线方向的拉伸应力或压缩应力。这个应力是伴随平板弯曲变形产生的，沿板厚呈线性分布，称它为圆板的环向弯曲应力CHAP.CHAP.7（2）圆球形壳体上的薄膜应力球smsqpD R（3）a球形壳体上（图(a)）sm=sq=pD/CHAP.7（3）b.在椭球上顶点B①a/b≤2②该点处sm③s=s=pa(a)=pD(a 2d 4dc.在赤道处C①该点处经向薄膜应力sm 2dpa②环向薄膜应力值与a/b有关，当a/b大于1.414sq=2d(2-b2a当a/b=2时，B，C点处环 ==pa= CHAP.7标准椭圆封头理由:封头冲压而成。一方面，曲面深度越浅制造越易；另一方面，从受力角度考虑，曲面深度越浅（a/b）越大，椭球顶点处的应力越大，在赤道处还会出现压缩的环向应力。如果这一压缩应力过大，有可能把椭球压瘪。综上所述，规定ab=2为标准的半椭球封头。标准椭圆封头：最大拉伸薄膜应力在顶点B点，且与C值相等。其值 ==（规定最小厚度

cosa板弯曲时，这两个同心圆环绕各自中性圆所发生的转动，其板弯曲时，这两个同心圆环绕各自中性圆所发生的转动，其转角并不相等，一个是 j，另一是j+j ，于是这两个圆环之间的径向间距将发生改变。于是平板的径向纤维也发生了程度不等的伸长或缩短，这样在平板内的每一个点在其径向也将产生沿板厚呈线性分布的拉伸和压缩应力，即径向弯曲应力，用sr,M 表。CHAP.73.1）（2）相邻环形截面的相对转动及由此产生的径向弯曲应力s述半径r的圆环外面，再取一个半径r+drCHAP.7从球截面变形看sq,Msq,MCHAP.73.2)薄板smax= (20~30)sqCHAP.7CHAP.7CHAP.73.（3）sqsr,Ma.s=(s = q,Mr=0(r,M=3(3+m)m0.3,8=124b.smax=(sr,M)r=R=–075CHAP.CHAP.7受轴对称均布载荷圆板应力特点：(a)板内为二向应力 应力沿半径分布与周边支承有关（固支，简支或介于二者最大应力正比于(RdK=ddCHAP.74.CHAP.74.1)有考虑两个相连接的零部件之间在变形过程中的相互约束作用。实际上，在压力容器中，无论筒身，封头还是接管在制造装配时均连接在一起，在承受力。DR=2Ed(2-pRCHAP.74.1) M0ppM08-9CHAP.73）边界应力不是由介质压力直接引起的，它是封头和筒体在内压作用下发生的自由变形受到相互限制时才出现。将载荷直接引起的薄膜应力和弯曲应力称为一次应力；而把由于变形受到限制引起的应力称为二次应力，边界应力属于二次应力。边界应力具有自限性、局部性边界应力是由于相邻部件相互约束而产生的，它的存在总是以变形受到某种限制为前提。但是，如果限制增大到使应力达到了材料的屈服限，使器壁金属在这些受限制区域发生了塑性变形，那么这里的限制将被突破，相互约束得到缓解，应力便会自动停留在一定范围内。这就是边界应力的“自限性相邻构件间的相互限制只涉及到连接处附近很小的局部地区，其产生范围与在一个数量级。因而“局部性”是边界应力的第二个特点。CHAP.74）边界应力并不仅仅存在于两个几何形状不同的壳体的组合部位，在那些以组合曲线为母线所形成的回转壳体中，在球面与折边的结合处也会产生边界应力，此类应力计算复杂，工程上是在一次薄膜应力基础上乘以一个系数。 tdHh 限制的能力有关。筒体、平封头连接边界 此应力比由内压引起的环向薄膜应力还要大54%s=–154d的能力不同，边界应力值不一样。如大锥角的锥形薄壁封头与筒体连接产生的边界应力更大，而半球形封头与筒体连接产生的边界应力则很小CHAP.75.前面我们讨论了容器筒体封头中的三种应力薄膜、弯曲、二次应力），它们各自限制条件如何呢？对薄膜应力的限 为焊接接头系引入当量应力sr，分别应用强度理论，建立强度条件sr£[s压力容器由塑性较好材料制成，发生破坏多为塑性流动破坏，采用第三、四强度理论。以回转壳体薄膜应力作为 对象，s=s-s=sqs1=sq,s2=sm,s3= s=s£[s

CHAP.7对弯曲应力的限制条件—（1）平板服极限时，板的内层金属仍处于弹性状态，这部分材料对已经屈服的那一小部分金属起着一定的限制作用，只要外载不增大，塑性变形的区域便不会扩大，因而也就不会导致平板的失效。屈服极限不再认为是平板失效的最高应力的极限值。只有当P继续增大，使整个板厚全部进入塑性状态时，板的承载能力才算达到极限，同时 板的失效。这时板所承受的载荷——极限载荷；用弹性 计算与上述极限载荷对应的应力——极限应力；以此应力作为极限应力进行构件设计的方法——极限设计法。力力CHAP.7对弯曲应力的限制条件—（3） =6m3=1 按此式算出的极限应力并不代表梁横截面上任一点的真实应力，但由于它是根据极限弯矩计算得到的，1ss成了判断受弯构件 截面是否进入完全性状态的临界应力值。考虑问题的基点不再是以一点的应力来判定杆件是否失效的极限应力就不再是ss 而是15ss于是一次弯曲应力的强度条件：sMmax£1.5s

CHAP.7由于边界应力具有“自限性”与“局部性”，当材料塑性良好时，对于产生边界应力局部区域允许出现一定限度的塑性变形，b£2e安定准则：允许存在二次应力的局部地区发生一次塑性变形，而不允许出现反t=e+p£2e那么如何保 如图OAB是真实的应力-应变曲线，当sss时，eee以后随着应变增加，应力不变，我们把已发生的塑性应变当作弹性应变来看待，并且把与它相对应的应力值找出来。当b=e+p=2e时，sc=sss£2s,而[sss,因此s£3[sCHAP.7CHAP.72）对弯曲应力的限制条件—（2）分析一具有宽度1cm,高度d作用一对外力偶m的梁，讨论当m逐渐增大当m较小时,m=m1时,材料处于弹性范围内,=6m1<当m1增大至m2时，上下表面达到屈服。'2= s假设梁是纯塑性材料，继续加大m,，如果外力偶矩继续增大超过m2,扩大，当m=m3时，沿梁的整个高度各点应力塑性状态。m3m= =s dddS32S2 =6m3=1s

smaxsmax£3[s式中最大应力系指边界处最大应力，既有边界应力，又有一次应力。如厚平板与筒体连接，最大应力是一次轴向薄膜应力和二次轴向弯曲