1、12本次课程主要内容本次课程主要内容1 1、压力容器设计方法、压力容器设计方法2 2、压力容器失效形式、压力容器失效形式3 3、强度判据和强度理论、强度判据和强度理论4 4、圆筒的厚度计算、圆筒的厚度计算5 5、封头的厚度计算、封头的厚度计算6 6、压力容器开孔及补强设计、压力容器开孔及补强设计31.压力容器设计方法压力容器设计方法42压力容器失效形式压力容器失效形式52压力容器失效形式压力容器失效形式62压力容器失效形式压力容器失效形式781对于内压薄壁容器的回转壳体，周向应力对于内压薄壁容器的回转壳体，周向应力即为第一主应力，经向应力即为第一主应力，经向应力为第二主应力为第二主应力 经向应
2、力经向应力另一个主应力是径向应力另一个主应力是径向应力r9o/1.2iKDD 薄壁壳体薄壁壳体在内压作用下必产生应力而向外变形，在内压作用下必产生应力而向外变形，使其曲率半径增大，故必存在拉伸和弯曲应力。使其曲率半径增大，故必存在拉伸和弯曲应力。在特定条件下，认为，弯曲应力相对于拉伸应在特定条件下，认为，弯曲应力相对于拉伸应力可以忽略，采用这近似方法分析薄壁壳体的力可以忽略，采用这近似方法分析薄壁壳体的理论为无力矩理论。理论为无力矩理论。10基本假设基本假设壳体材料连续、均匀、各向同性；壳体材料连续、均匀、各向同性；受载后的变形是弹性小变形；受载后的变形是弹性小变形；壳壁各层纤维在变形后互不挤
3、压。壳壁各层纤维在变形后互不挤压。图图 薄壁圆筒在内压作用下的应力薄壁圆筒在内压作用下的应力典型的典型的薄壁圆筒薄壁圆筒经向应力或轴向应力经向应力或轴向应力周向应力或环向应力周向应力或环向应力11二向应力状态二向应力状态B点受力分析点受力分析 内压内压PB点点轴向：经向应力或轴向应力轴向：经向应力或轴向应力圆周的切线方向：周向应力或环向应力圆周的切线方向：周向应力或环向应力壁厚方向：径向应力壁厚方向：径向应力r三向应力状态三向应力状态 、 r12截面法截面法 p pp pa a(a)(b)yxDi t t图图 薄壁圆筒在压力作用下的力平衡薄壁圆筒在压力作用下的力平衡pD24Dt13轴向平衡轴向
4、平衡pD24Dt=tpD4=14截面法截面法 p pp pa a(a)(b)yxDi t t202sinipRda a2t15周向平衡周向平衡aatdpRi2sin220tpD2tpD4=2周向应力或环向应力周向应力或环向应力经向应力或轴向应力经向应力或轴向应力16042rpDpD第一强度理论第一强度理论tpD2117tiDp2)(tpD21iDDcticpDp 2K1.5K1.5，等价于，等价于Pc0.4tPc0.4t18tcp 4 . 001.5iDKD0122iDDKiiDD0122iDDKiD22tCCDiDPP12(1) tKCKPK1.5K1.5，等价于，等价于Pc0.4Pc0.4
5、t t19 1）应力状况）应力状况：两向薄膜应力、环向应力为轴向应力的两两向薄膜应力、环向应力为轴向应力的两倍。倍。2）壁厚计算公式：）壁厚计算公式：符号说明见符号说明见GB 150。称中径公式：适用范围，称中径公式：适用范围，K1.5，等等价于价于Pc0.4t 3）公式来由：公式来由：内压圆筒壁厚计算公式是从圆筒与内压的内压圆筒壁厚计算公式是从圆筒与内压的静力平衡条件得出的。静力平衡条件得出的。 cticpDp220cticpDp 2d2Cdn1Cdn圆整量，圆整量，(C(C1 1为钢材厚度负偏差为钢材厚度负偏差) )。 eCndnde2122 tcticpDp 20.8 10002 113
6、 0.85 0.84.18mm24.1826.18dCmm10.8Cmm16.780.67.488ndCmm t8nmm23 tcticpDp 20.8 10002 170 0.85 0.82.78mm22.7824.78dCmm10C 14.786ndCmm t6nmm24第一强度理论第一强度理论04rpD1 4tpDcticpDp 425tcp 6 . 0teeictDp4)() 2ttcieep D 26受压元件球壳设计受压元件球壳设计 1 1）应力状况：）应力状况：各向薄膜应力相等各向薄膜应力相等2 2）厚度计算式：）厚度计算式：称中径公式，适用范围称中径公式，适用范围p pc c0.
7、60.6 等价等价于于K K1.3531.3533 3）公式来由：公式来由：同圆筒轴向应力作用情况同圆筒轴向应力作用情况4 4）计算应力的意义：）计算应力的意义：一次总体、薄膜应力（环向、经向）控制值：一次总体、薄膜应力（环向、经向）控制值： 。 cticpDp427 t4 citcp Dp 0.86 123002 132.38 1 0.8620mm 220 1.521.5dCmm20.8Cmm121.50.822.324ndCmmn t24nmm28293031ccpDpti 432 ccpDKp5 . 02ti2ii2261hDK3334 经向应力：最大应力在顶点。经向应力：最大应力在顶点
8、。环向应力：最大拉应力在顶点，环向应力：最大拉应力在顶点， 最大压应力在底边最大压应力在底边变形特征：变形特征：趋圆趋圆最大拉应力在顶点最大拉应力在顶点赤道赤道35d.d.形状系数形状系数K K的意义的意义 K K为封头上的最大应力与对接圆筒中的环向薄膜应为封头上的最大应力与对接圆筒中的环向薄膜应力的比值，力的比值， 环max K K分布曲线可回归成公式：分布曲线可回归成公式： 222261261iihDbaK 不同不同a a/ /b b的的K K见见 GB 150GB 150 表表 7 7- -1 1。标准椭圆封头。标准椭圆封头K K=1=1。 K=36 ccpRMp5 . 02tiii34
9、1rRM3738 30aacos 4pDacos 2pD最大薄膜应力发生在大端最大薄膜应力发生在大端icosDDapcp由第一强度理论，并取由第一强度理论，并取，用用取代，则其计算厚度表达式如下取代，则其计算厚度表达式如下 it12 cosccp Dp a39横推力横推力，acos 2pD2 pD非圆滑过非圆滑过渡，产生渡，产生边缘剪力边缘剪力和边缘弯和边缘弯矩矩2 ipDTtga40， ccpDQptir2it12 cosccp Dp a41， ccpDQptir2 t/cpL1=2acos5 . 0riD 锥壳大端加强段长度锥壳大端加强段长度的意义是：的意义是：当量圆筒在均布边界力当量圆筒
10、在均布边界力作用下，圆筒中轴向弯作用下，圆筒中轴向弯曲应力的衰减长度曲应力的衰减长度42 30a43 ccppKD5 . 02ti30aKiDra 0.100.150.200.300.400.501020303540455055600.66440.69560.75440.79800.85470.92531.02701.16081.35000.61110.63570.68190.71610.76040.81810.89440.99801.14330.57890.59860.63570.66290.69810.74400.80450.88591.00000.54030.55220.57490.59
11、140.61270.64020.67650.72490.79230.51680.52230.53290.54070.55060.56350.58040.60280.63370.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.5000aiDr4430a cicpDfp5 . 0taacos2)cos1 (21iDrfaiDr/0.100.150.200.300.400.501020303540455055600.50620.52570.56190.58830.62220.66570.72230.79730.90000.50550.52250.554
12、20.57730.60690.64500.69450.76020.85000.50470.51930.54650.56630.59160.62430.66680.72300.80000.50320.51280.53100.54420.56110.58280.61120.64860.70000.50170.50640.51550.52210.53050.54140.55560.57430.60000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.50000.500045圆平板圆平板1)应力状况应力状况： 两向弯曲应力，径向、环向弯曲应力两向弯曲应力，径向、环
13、向弯曲应力。2)两种极端边界支持条件两种极端边界支持条件。a.a.简支：圆板边缘的偏转不受约束，简支：圆板边缘的偏转不受约束，max max 在板中心，在板中心， 径向应力与环向应力相等。径向应力与环向应力相等。b.b.固支：圆板边缘的偏转受绝对约束（等于零），固支：圆板边缘的偏转受绝对约束（等于零），maxmax在在 板边缘为径向应力。板边缘为径向应力。c.c.螺栓垫片联接的平盖按筒支圆板处理，螺栓垫片联接的平盖按筒支圆板处理，maxmax在板中心。在板中心。 4622maxr22maxr31. 0383 188. 043 DpRpDpRp对于周边简支对于周边固支47tcKZpaZZba Z
14、48maxtK49BA33maxA33maxtK50122133BA1211max3tK21231211maxtK1212， 5 . 25 . 031maxtK51平板开椭圆孔的应力集中平板开椭圆孔的应力集中BAab)21 ()21 (maxabAababKt21)21 (max32tKBAba)21 ()21 (maxbaA521)21 (maxbabaKt53tK52平板开椭圆孔的应力集中平板开椭圆孔的应力集中)21 ()21 (2121baabBA当21相当于在球壳上开椭圆孔相当于在球壳上开椭圆孔 baabBA22babaKt22max42tK212)5 . 0()25 . 0(baab
15、BA)25 . 0(maxabAababKt25 . 0)25 . 0(max5 . 25 . 1tK椭圆孔的长轴与拉伸应力的椭圆孔的长轴与拉伸应力的 方向一致方向一致1的方向一致 53平板开椭圆孔的应力集中平板开椭圆孔的应力集中当21相当于在球壳上开椭圆孔相当于在球壳上开椭圆孔 212椭圆孔的长轴与拉伸应力的椭圆孔的长轴与拉伸应力的 方向垂直方向垂直1)21 ()21 (2121abbaBAabbaBA22baA2maxbabaKt22max42tK)5 . 0()25 . 0(abbaBA)25 . 0(maxbaAbabaKt25 . 0)25 . 0(max5 . 45 . 2tK54
16、2tK42tK5 . 2tK5 . 25 . 1tK55R5657(mm)检查孔最少数量检查孔最小尺寸(mm)备 注人 孔手 孔300-500手孔2个75或长圆孔7550500-1000人孔1个或手孔2个(当容器无法开人孔时)400或长圆孔400250，380280100或长圆孔 100801000人孔1个或手孔2个(当容器无法开人孔时)400或长圆孔400250，380280150或长圆孔150100球罐人孔最小500mm58b接管公称外径253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0钢材的标准抗拉强度下限值 540MPa540MPa，接管与壳体宜采用全焊透的结构型式。
17、接管的腐蚀裕量为1mm。596061 362b63646566retfdA1267retfdA12ntnddB222max接管实际外伸长度ntdhmin1接管实际内伸长度ntdhmin268retfdA12321AAAAe1A壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 reetefdBA121接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积2ArtetrtetfChfhA2212223A焊缝金属的截面积，mm2。可根据角焊缝的具体尺寸计算确定 AAeAAe69AAeAAeeAAA470ntt711、计算开孔补强需要的面积A2、确定有效补强面积3、计算A1、A2、A372(1)补强及补强方法判别mmCddi1
18、54225 . 421592mmd154900218002iD 补强判别 根据表3-9，允许不另行补强的最大接管外径为89mm。此开孔外径等于159mm，故需考虑其补强计算。 补强计算方法判别 开孔直径 本凸形封头开孔直径，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积补强法进行开孔补强计算。(2) 开孔削弱所需要的补强截面积AA73(2) 开孔削弱所需要的补强截面积ppc9 . 01K0 . 1 mmpDpKcc5 .125 . 25 . 00 . 1163218005 . 29 . 05 . 02ti1封头计算厚度 由于在椭圆形封头中心区域开孔，所以封头的计算厚度按式(3-62)确定。因
19、为液体静压力可以忽略，即；查表4-1可得，标准椭圆形封头；又因开孔处焊接接头系数故封头计算厚度A开孔削弱所需要的补强截面积663. 0163108tttrfmmCtntet5 . 225 . 4先计算强度削弱系数接管有效厚度为，即开孔削弱所需要的补强截面积21946)663. 01 (5 . 25 .1225 .1215412mmfdAret74（3）补强范围ntnddB222maxmm3081995 . 421821543081542max有效宽度2003 .265 . 4154min1接管实际外伸长度ntdhmm3 .2603 .265 . 4154min2接管实际内伸长度ntdh有效高度
20、 外侧高度：内侧高度： mm0 75（3）补强范围(3) 补强面积壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积1AreetefdBA121663. 015 .122185 . 225 .122181543082533mm 2Ammpdpcttict76. 15 . 2110821505 . 2 2rtetrtetfChfhA22122229 .380663. 076. 15 . 23 .262mm接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积接管计算厚度所以 76 3A236488212mmA焊缝金属的截面积（焊脚取8mm）因是内平齐接管，所以 4A23218 .622648 .25533mmAAAAe242 .13238 .6221946mmAAAe（4）需另加补强面积因 故需另加补强面积 77 mmD3002mmD16312308DmmBmmDDA66. 91633002 .1323124（5）补强圈设计 根据接管公称直径dN150选补强圈，参照JBT 4736-2002补强圈取补强圈外径，内径,补强圈在有效补强范围内。 补强圈计算厚度为：考虑腐蚀裕量和钢板厚度负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为12mm。但为了便于制造和材料准备，补强圈名义厚度可取为封头的名义厚度，即为18mm。78恳请各位批评指正！
