第三章 内压薄壁容器的强度计算.ppt

1、,第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计,4.1 强度设计的基本知识 4.2 内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计 4.3 内压圆筒封头的设计,1,第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计,本章重点：内压薄壁圆筒的厚度计算 本章难点：厚度的概念和设计参数的确定 计划学时：8学时,2,4.3 内压圆筒封头的设计,内压凸形封头种类,封头种类,凸形封头,平板形封头,锥形封头,带折边的锥形封头,不带折边的锥形封头,3,4.3 内压圆筒封头的设计,4.3.1 半球形封头,半球形封头是由半个球壳构成。 直径较小、器壁较薄的半球形封头可整体热压成形。 大直径的则先分瓣冲压，再焊接组合。,焊缝,钢板,4,4.3.1 半球

2、形封头,半球形封头厚度计算公式,优点：薄膜应力为相同直径圆筒体的一半，最理想的结构形式。 缺点：深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。 应用：高压容器,5,4.3.1 半球形封头,计算应力与最大许用压力,6,4.3.2 椭圆形封头,组成：半个椭球面和短圆筒（直边），高度ho 直边的作用：保证封头的制造质量； 避免焊缝处附加边缘应力。,标准椭圆形封头：长轴半径a和短轴半径b之比a/b=2,曲面深度hi=Di /4,7,4.3.2 椭圆形封头,标准椭圆形封头的直边高度h0/mm,标准椭圆形封头的壁厚计算式：,椭圆形封头壁厚计算式：,8,4.3.2 椭圆形封头,a/b

3、2，引入形状系数（应力增强系数）K，,见表4-14，椭圆形封头的形状系数K,9,4.3.2 椭圆形封头,计算应力与最大许用压力,a/b2时，,为预防失稳，标准椭圆形封头的计算厚度不得小于封头内径的0.15，即：,10,4.3.3 蝶形封头,结构：半径为Rc的球面体、 半径为r的过渡圆弧（即折边） 高度为h0的短圆筒（即直边）,11,4.3.3 蝶形封头,优点：过渡圆弧降低了封头深度，方便成型，且压制碟形封头的钢模加工简单，应用广泛。,缺点：不连续曲面，存在较大边缘应力。边缘应力与薄膜应力叠加，使该部位的应力远远高于其它部位，故受力状况不佳。,边缘应力的大小与r/Ri有关，该值越大，边缘应力越小

4、。 通常取Ri=0.9Di，r0.1，且r3n封头,12,4.3.3 蝶形封头,强度计算： 在相同条件下，与椭圆形封头比较，边缘应力大，封头壁厚大，引入系数M，,M：碟形封头的形状系数,Ri：球面内半径 r：折边半径,表4-16 蝶形封头形状系数M,13,4.3.3 蝶形封头,蝶形封头壁厚计算式：,标准蝶形封头：Ri=0.9Di，r=0.17Di 此时，M=1.325，,14,4.3.3 蝶形封头,计算应力与最大工作压力：,15,最小壁厚：,碟形封头的厚度如果太薄，也会发生内压下的弹性失稳。 M1.34时，e0.15%Di M 1.34时，e0.30%Di,4.3.3 蝶形封头,16,4.3

5、内压圆筒封头的设计例题,例：为一Di=800mm圆筒设计封头。已知：材料Q235A，设计压力p=1.0MPa，t=200，试确定计算厚度：（1）半球形封头；（2）标准椭圆封头；（3）球面内半径Ri=720mm，折边内半径r=108mm的碟形封头；半球形封头j=0.85，其余j=1。,1）半球形封头,解：,查表8-6（P167）Q235A在200时的t=,2）标准椭圆形封头,105MPa,17,4.3 内压圆筒封头的设计例题,3）碟形封头,结论：凸形封头曲面深度越浅，计算厚度越大（用料越多）。,18,4.3.4 锥形封头,轴对称锥壳,无折边锥壳,带折边锥壳：有过渡圆弧（折边） 和直边,不带折边锥

6、形封头,局部加强的不带折边锥形封头,带折边锥形封头,不带折边锥形封头与筒体连接处存在较大边界应力，尽管连接处附近的边缘应力数值很高，但却具有局部性和自限性，所以这里发生小量的塑性变形是允许的。降低边界应力的方法：1）局部加强；2）加折边和直边,19,4.3.4 锥形封头,带折边锥形封头,20,4.3.4 锥形封头,受均匀内压的锥形壳体的最大薄膜应力位于锥体大端：,若不考虑封头与圆筒连接处的边界应力，则：,21,4.3.4 锥形封头,将上式中的压力p换成计算压力pc，将锥壳大端中径D换成锥壳计算内径Dc，得到锥壳计算厚度：,Dc 锥壳计算内径，mm，锥壳段大端内径，无折边时， Dc = Di。,

7、22,4.3.4 锥形封头,1、受内压无折边锥形封头,（1）锥壳大端,当半顶角30时，可采用无折边结构； 当半顶角 30时，应采用带过渡段的折边结构，如图4-13。 无折边锥壳大端与圆筒连接时，连接处锥壳大端壁厚的确定方法： 查图4-15,23,1、受内压无折边锥形封头,交点位于曲线上方，不必局部加强,交点位于曲线下方，需要局部加强，且锥壳和圆筒加强段厚度相同，加强段厚度计算公式：,式中，Q为系数，其值由图4-16查得，中间值用内插法。,24,4.3.4 锥形封头,Q,图4-16 锥形封头大端与圆筒连接处Q值图,25,1、受内压无折边锥形封头,（2）锥壳小端 当半顶角45时，可采用无折边结构；

8、 当半顶角 45时，应采用带过渡段的折边结构，如图4-14。 无折边锥壳小端与圆筒连接时，连接处锥壳小端壁厚的确定方法：查图4-17 交点位于曲线上方时，不需局部加强,26,交点位于曲线下方时，需局部加强，且锥壳和圆筒加强段厚度相同，加强段厚度计算公式,Dis锥壳小端内直径，mm； Q系数，其值由图4-18查得，中间值用内插法。,27,4.3.4 锥形封头,当锥壳大端半顶角30，锥壳小端半顶角45，需采用带过渡段的折边结构。 大端折边锥壳的过渡段转角内半径r：不小于封头大端内直径Di的10%，且不小于该过渡段厚度的3倍； 小端折边锥壳的过渡段转角内半径r：不小于封头小端内直径Dis的5%，且不小于