内压薄壁容器的应力.ppt

1、A，1，第3章薄壁内压容器的应力分析，3.1旋转壳体的应力分析薄膜理论简介3.1.1薄壁容器及其应力特性化工容器和化工设备的壳体一般为薄壁旋转壳体：S/Di 0.1或D0/Di 1.2在中压作用下，壳体壁存在周向应力和轴向应力。薄膜理论和力矩理论的概念：计算壳体壁应力有以下理论：(1)无力矩理论，即薄膜理论。假设壳壁像薄膜一样，只承受拉应力和压应力，而完全不能承受弯矩和弯曲应力。壳壁的应力是薄膜应力。a，3，(2)矩理论。除了拉应力或压应力，在壳壁上还有弯曲应力。在工程实践中，理想的薄壁壳体并不存在，因为即使壳体壁很薄，壳体中也会或多或少地存在一些弯曲应力，所以无力矩理论有其近似性和局限性。由

2、于弯曲应力一般较小，如果忽略不计，误差仍在工程计算的允许范围内，而且计算方法也大大简化，因此工程计算中常采用无力矩理论。a，4，内力，无力矩理论(薄膜理论)，力矩理论(弯曲理论)，无力矩理论和力矩理论，载荷，轴对称，a，5，一些技巧，a，6，3.1.2基本概念和基本假设，1。基本概念旋转壳3354通过直线或平面曲线3600在同一平面内绕其固定轴旋转。旋转壳体a、7、几个典型的旋转壳体a、8、轴对称的形成意味着壳体的几何形状、约束和外力与旋转轴对称。与壳体内外表面等距的曲面，的中间表面，母线：，即平面曲线，a，9，法线：子午线：穿过垂直于子午线中间表面的任何点的直线，穿过轴线的平面与中间表面的交

3、点，以及纬度(平圆):使圆锥形表面垂直于壳体的中间表面以获得交点。a，10，第一曲率半径，第二曲率半径，薄壳的几何特征，a，11，2。基本假设：(1)小位移假设。壳体因压缩而变形，各点的位移小于壁厚。简化计算。(2)直法线假设。沿着厚度的每个点的法向位移是相同的，即厚度是恒定的。(3)无挤压假设。沿着壁厚的每一层中的纤维不会相互挤压，也就是说，法向应力为零。a，12，3.1.3子午线应力的计算区域平衡方程，a，13，子午线应力的计算公式：(MPa)，其中sm -子午线应力；p介质内部压力(MpA)；R2第二曲率半径，(毫米)；s-壳体壁厚(mm)。a，14，3.1.4环向应力微体平衡方程的计算

4、，a，15，环向应力微体平衡方程的计算公式，其中sm -经向应力(MpA)；方箍应力(MpA)；R1第一曲率半径(毫米)；R2-第二曲率半径(毫米)；中压(MpA)；S -外壳壁厚(mm)。a，16，微体平衡方程的推导，a，17，a，18，a，19，a，20，3.1.5薄膜理论的应用范围，1。材料是均匀的和各向同性的。厚度没有突然变化，材料的物理性质是相同的；2.轴对称几何对称、材料对称、载荷对称和支撑对称；3.Continuous 在几何形状、载荷(支撑)分布和材料方面是连续的。4.壳体边界力在壳体曲面的切面上。无横向剪切力和弯曲距离、自由支撑等。a，21，气体内压下典型壳体中存在的应力：环

5、向应力，子午向应力，圆锥形壳体，圆柱形壳体，子午向应力，环向应力，a，22，3.2膜理论的应用，3.2.1。气体内压作用下的圆柱壳，其中R2=在圆柱的任何一点，1。纵向应力：a，23，圆柱壳壁的应力分布，a，24，用你的头？(a)，(b)，(c)，, a，25，延性破坏-照片，a，26，示例，a，27，圆柱壳应力分布的结论，1。=2 m的圆柱壳的纵截面是弱截面，a，29，半球形封头，无翻边的球形封头，a，30，R1=球壳的R2，那么，a，31，球壳应力分布的结论，1。球壳各点的=m表明球壳的薄膜应力分布非常均匀。在相同载荷和几何条件下，球壳的最大应力仅为圆柱壳的一半，因此球壳的承载能力优于圆柱

6、壳。a，32，3.2.3承受气体内压的椭球壳，应用：椭球封头。成型：1/4椭圆线在同一平面内绕Y轴旋转。a，33，椭球封头，(椭球壳体)，a，34，椭球壳体顶点坐标的长轴a和短轴 b:(0，b)边坐标：(a，0)，a，35，椭球壳体应力计算公式：应力分布分析：x=0，即椭球壳体顶点处。即受椭球壳结构的影响。两个方向的应力相等，即拉应力。a，36，a，37，pa/2s，pa/2s，pa/2s，a，38，标准椭球壳的应力分布，这意味着a/b=2，1。椭球壳的几何形状是连续的吗？2.椭圆壳与圆柱壳连接处的周向应力突变。为什么？a，39，考虑头部不同形状壳体界面处的应力，a，40，3.2.4承受气体内

7、压的圆锥形壳体，。用途：容器锥形底盖、塔间变径段、储罐顶盖等。a，41，锥形头，a，42，。应力计算，圆锥壳任意点A处的应力计算公式：R1=R2=R/COSA公式中r - A点的平行圆半径；-半锥角，S -锥壳壁厚。根据薄膜理论公式，应力与r成正比，最大r为D/2，则最大应力为：a，43，。圆锥壳的应力分布，1。圆柱壳和圆锥壳连接处的应力突变，为什么？如何从结构上解决这个问题？2.半锥角越大，锥壳上的最大应力如何变化？3.圆锥壳上的洞在哪里，强度减弱得最少？a，44，圆锥壳应力分布的结论，1。圆锥壳的二维应力与X成线性关系，离锥顶越远，应力越大。2.锥壳的二维应力随着的增大而增大，因此锥壳的半

8、顶角不宜过大。a，45，3.2.5承受气体内压的碟形外壳，碟形外壳的形成：母线abc=半径为R的弧ab，半径为r1的弧bc 碟形外壳的组成：半径为R的球形外壳，半径为r1的边缘，a，46，蝶形封头，a，47，。几何特征总线abc是不连续的边缘部分R1=r1。R2是一个连续变量。球壳部分R2=R；在卷边处，碟形壳体a、48、1的应力分布。R1和R2在B点和C点是如何变化的？2.碟形壳体和圆柱壳体的连接点处的应力状态是什么？a，49，1。壳体的曲率、厚度和载荷没有突然变化，材料的物理性质是相同的。2.在壳体的边界上没有力矩或侧向力。3。壳体边界上的法向位移和旋转角度不受限制(壳体边界上的约束只能沿

9、子午线的切线方向)。无力矩理论的应用条件，a，50，3.3内压容器边缘应力简介，3.3.1边缘应力的概念压力容器边缘指的是“不连续性”，主要是几何不连续性和载荷(支承)不连续性，以及温度不连续性和材料不连续性。例如：几何不连续性：a，51，温度不连续性：材料不连续性：在不连续点，由于介质压力和温度的作用，除薄膜应力外，还发生变形协调，导致附加内力。a，52，例如a，53，在边缘产生的附加内力：M0-附加弯矩；Q0-附加剪切力。边缘应力的产生，a，54，边缘应力的产生，a，55，3.3.2，边缘应力的特征，(1)局部性，仅发生在局部区域，边缘应力迅速衰减。见以下试验结果：a，56，a，57，a，

10、58，2，导线的连接和固定，a，59，a，60，3，应变测量，应变测量步骤，a，62，a，63，a，64，a，65，a，66，a，67，a，68，(2)。自限边缘应力是由不连续点两侧相互约束而产生的附加应力。当边缘处的附加应力达到材料屈服极限时，相互约束被解除，并且不会无限增加。a，69，容器中的应力分类-分为三类，主应力，次应力，峰值应力，a，70，容器中的应力分类-主应力，容器的应力分类，当主应力超过屈服点时，它将导致容器的显著变形或失效，这对容器的失效具有最大的影响。它可分为三种类型，即具有非自限性，a，71，应力分类的容器，初级整体膜应力Pm、膜应力是指应力沿厚度均匀分布，即等于应力沿

11、壁厚方向的平均值。典型例子：远离不连续区域的薄壁圆筒或球壳中的薄膜应力，或厚壁圆筒中轴向应力和周向应力的平均值，薄膜应力存在于容器的整体范围内，a，72，容器的应力分类，与主要整体薄膜应力的区别在于沿壁厚的分布是线性还是均匀的。典型的例子：在内压的作用下，平头圆形间断的中心部分产生的弯曲应力。指由内压或其他机械载荷引起的沿壁厚线性分布的应力。a，73，容器的应力分类，主要局部膜应力P1、“局部”和“整体”根据子午方向上的作用区域来划分，子午方向上的作用区域是指由结构不连续区域中的内部压力或其他机械载荷引起的膜应力(主要)和由不连续效应引起的膜应力(次要)，统称为典型示例：由不连续区域中的圆筒内

12、部压力产生的周向膜应力，尽管具有次要应力的性质，但从方便和安全的角度来看，可以被视为主要应力。a，74，容器的应力分类，次应力Q，次应力不是由外部载荷直接产生的，而是由变形协调产生的，变形协调是在约束部分发生局部屈服或小塑性变形后进行的。那么这种应力(变形差)的原因就满足于松弛，不再继续发展，并自动限制在一定范围内，这是指由相邻部分或结构本身的约束所引起的法向应力或剪应力，这是自限性的。典型示例：整体不连续部分的弯曲应力；圆柱壳轴向温度梯度引起的热应力：径向温差引起的热应力的等效线性分量；厚壁圆筒内压力引起的应力梯度，a，75，容器的应力分类，峰值应力f、应力增量叠加在由局部结构不连续性和局部热应力引起的主应力和次应力上，其特征为高局部性。局部结构不连续示例：结构中的小半径过渡圆角；部分不完全穿透和底切；裂缝。局部热应力是指局部热膨胀差几乎完全受限的热应力，不会引起结构的显著变形，如小热点处的热应力；堆焊层厚度方向的热应力；厚壁圆筒径向温差引起的热应力的非线性分量，a，76，容器的应力分类，典型情况，a，77，3.3.3，边缘应力的处理，1。利用当地特点进行局部治疗。如：改变边缘结构、局部加强边缘、筒体纵向焊缝错焊、