强度结构与应力分析

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1、压力容器强度、结构与应力分析参赛选手：******压力容器一般是由筒体（又称壳体）、封头（又称端盖）、法兰、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等组成。它们统称为过程设备零部件，这些零部件大都有标准。压力容器的结构形状主要有圆筒形、球形、和组合形。圆筒形容器是由圆柱形筒体和各种成型封头（半球形、椭圆形、碟形、锥形）所组成。球形容器由数块球瓣板拼焊成。承压能力很好，但由于安置内件不便和制造稍难，故一般用作贮罐。压力容器的筒体、封头（端盖）、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰；球罐的球壳板；换热器的管板和换热管；M36以上的主螺栓

2、及公称直径大于250mm的接管和管法兰均作为主要受压元件。压力容器结构——典型结构压力容器结构——典型结构压力容器结构典型结构压力容器结构——典型结构压力容器结构——典型结构压力容器结构——典型结构压力容器结构典型结构压力容器结构——零部件筒体圆柱形筒体是压力容器主要形式，制造容易、安装内件方便、而且承压能力较好，因此应用最广。圆筒形容器又可以分为立式容器和卧式容器。由于容器的筒体不但存在与容器封头、法兰相配的问题，而且卧式容器的支座标准也是按照容器的公称直径系列制定的，所以不但管子有公称直径，筒体也制定了公称直径系列。对于用钢板卷焊的

3、筒体，用筒体的内径作为它的公称直径，其系列尺寸有300、400、500、600…等，如果筒体是用无缝钢管制作的，用钢管的外径作为筒体的公称直径。封头（1）球形封头——壁厚最薄，用材比较节省。（2）椭圆形封头——椭圆形封头纵剖面的曲线部分是半个椭圆形，直边段高度为h（3）碟形封头——碟形封头是由三部分组成。第一部分是以半径为Ri的球面部分，第二部分是以半径为Di/2的圆筒形部分，第三部分是连接这两部分的过渡区，其曲率半径为r,Ri与r均以内表面为基准。压力容器结构——零部件（4）球冠形封头——由于封头为一球面且无过渡区，在连接边缘有较大边缘应力，要求

4、封头与筒体联接处采用全焊透结构。（5）锥形封头——锥形封头有无折边锥形封头和折边锥形封头。（6）平盖——弯曲应力较大，在等厚度、同直径条件下，平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的20～30倍。但结构简单，制造方便。压力容器结构——零部件3.支座支座是用来支承容器重量和用来固定容器的位置。支座一般分为立式容器支座、卧式容器支座。立式容器支座分为耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。卧式容器多使用鞍式支座。压力容器结构——零部件4.法兰法兰连接主要优点是密封可靠和足够的强度。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。法兰分类主要有以下方法：（1）按其

5、被连接的部件分为压力容器法兰和管法兰。（2）按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰。（3）按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。压力容器结构——零部件压力容器结构——零部件5.开孔与开孔补强通常所用的压力容器，由于各种工艺和结构的要求，需要在容器上开孔和安装接管，由于开孔去掉了部分承压金属，不但会削弱容器的器壁的强度，而且还会因结构连续性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中。这个局部应力峰值很高，达到基本薄膜应力的3倍，甚至5-6倍。再加上开孔接管处有时还会受到各种外载荷、温度等影响，并且由于材质不同，制造上的一些缺陷、检验上的不

6、便等原因的综合作用，很多失效就会在开孔边缘处发生。主要表现为疲劳破坏和脆性裂纹，所以必须进行开孔补强设计。压力容器结构——零部件压力容器为何有时可允许不另行补强压力容器允许可不另行补强是鉴于以下因素：容器在设计制造中，由于用户要求，材料代用等原因，壳体厚度往往超过实际强度的需要。厚度的增加使最大应力有所降低，实际上容器已被整体补强了。例如：在选材时受钢板规格的限制，使壁厚有所增加；或在计算时因焊接系数壁厚增加，而实际开孔不在焊缝上；还有在设计时采用封头与筒体等厚或大一点，实际上封头已被补强了。在多数情况下，接管的壁厚多与实际需要，多余的金属起到了补

7、强的作用。压力容器结构——零部件3开孔补强结构所谓开孔补强设计，就是指采取适当增加壳体或接管壁厚的方法以降低应力集中系数。其所涉及的有补强形式、开孔处内、外圆角的大小以及补强金属量等。(1)加强圈是最常见的补强结构，贴焊在壳体与接管连接处，如图a、b、c。该补强结构简单，制造方便，但加强圈与金属间存在一层静止的气隙，传热效果差。当两者存在温差时热膨胀差也较大，因而在局部区域内产生较大的热应力。另外，加强圈较难与壳体形成整体，因而抗疲劳性能较差。这种补强结构一般用于静压、常温及中、低压容器。(2)接管补强，即在壳壁与接管之间焊上一段厚壁加强管，如图d

8、、e、f。它的特点是能使所有用来补强的金属材料都直接处在最大应力区域内，因而能有效地降低开孔周围的应力集中程度。低合金高强