内压薄壁圆筒与封头的强度设计(II)

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1、第八章内压薄壁圆筒与封头的强度设计第一节强度设计的基本知识第二节内压薄壁圆筒的强度设计第三节内压圆筒封头的设计1强度设计的任务：根据给定的公称直径以及设计压力和温度，确定合适的壁厚，设计出合理的结构，以保证设备安全可靠地运行。内压薄壁圆筒和封头的强度计算公式，推导过程：①根据薄膜理论进行应力分析，确定薄膜应力状态下的主应力；②根据弹性失效的设计准则，应用强度理论确定应力的强度判据；③对于封头，考虑到薄膜应力的变化和边缘应力的影响，按壳体中的应力状况在公式中引进应力增强系数。④根据应力强度判据，考虑腐蚀等实际

2、因素导出具体的计算公式。2第一节强度设计的基本知识1.弹性失效准则容器上任一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点σs，容器即告失效（指容器失去正常的工作能力），也就是说，容器的每一部分必须处于弹性变形范围内。保证器壁内的相当应力必须小于材料由单向拉伸时测得的屈服点，即σ当<σs。2.强度安全条件为保证结构安全可靠地工作，必须留有一定的安全裕度，使结构中的最大工作应力与材料的许用应力之间满足一定的关系，即：3一、关于弹性失效的设计准则二、强度理论及其相应的强度条件复杂应力状态的强度条件，要解决两方面的问题

3、：一是根据应力状态确定主应力；二是确定材料的许用应力。4内压薄壁容器的主应力：1.第一强度理论的强度条件52.第三强度理论的强度条件3.第四强度理论的强度条件【备注】压力容器都是采用塑性材料制造的，但是由于历史原因我国压力容器设计采用第一强度理论。采用第一和第三强度理论，薄壁容器的强度条件形式上是一样的！第二节内压薄壁圆筒和球壳的强度设计6一、强度计算公式1.圆筒强度计算公式的推导平均直径D换算为圆筒内径（D=Di+S），压力换为计算压力pc，考虑焊接制造因素计算壁厚公式考虑腐蚀裕量C2，得到圆筒的设计壁厚

4、设计壁厚公式1.1钢板卷制筒体（内径Di为基准）计算壁厚公式设计壁厚公式1.2无缝钢管作筒体（外径DO为基准）7设计壁厚加上钢板厚度负偏差C1，再根据钢板标准规格向上圆整确定选用钢板的厚度，即名义壁厚（Sn），即为图纸上标注厚度。2.圆筒强度校核与许用压力确定82.2已有设备确定最大允许工作压力2.1已有设备强度校核外径为基准内径为基准外径为基准内径为基准3.球形容器厚度计算及校核计算公式93.2校核计算公式3.1厚度计算公式设计壁厚计算壁厚确定最大允许工作压力已有设备强度校核4.公式符号意义10Pc－计算

5、压力，MPa；Di－筒体内径，mm；Do－筒体外径，mm；Sc－筒体的计算壁厚，mm；Sd－筒体的设计壁厚，mm，Sd=Sc+C2；Sn－筒体的名义壁厚，mm。Sn=Sd+C1+Δ=Sc+C1+C2+Δ，Δ-圆整量Se－筒体的有效壁厚，mm，Se=Sn-C；[σ]t－筒体材料在设计温度下的许用应力，MPa；－焊缝系数；C2－腐蚀裕量，mm；C1－钢板厚度负偏差，mm；C－壁厚附加量，mm，C=C1+C2。二、设计参数的确定1.设计压力与计算压力11【声明】－压力均指表压1.1最高工作压力pw正常工作情况下，

6、容器顶部可能达到的最高压力。1.2设计压力p是指在相应设计温度下用以确定容器壳体厚度及其元件尺寸的压力，亦即标注在铭牌上的容器设计压力，其值不得小于最高工作压力。1.3计算压力pc在相应的设计温度下用以确定元件厚度的压力，包括液柱静压力，当液柱静压力小于5％设计压力时可忽略不计。【注意】一个设备只有一个设计压力，却可能有多个计算压力122.设计温度13设计温度是指容器正常工作情况下，设定的元件金属温度（元件沿截面厚度的温度平均值）。设计温度是选择材料及确定材料许用应力时的一个基本设计参数，按表中的I或II进

7、行选取。【注意】温度对材料性能的影响：温度超过15℃时，温度越高，材料强度下降得越厉害温度不超过15℃时，温度越低，材料越容易产生脆断设计温度必须在材料允许的使用温度范围内，可在-196℃～钢材的蠕变温度内确定。具体材料的使用温度范围见表9-3.3.许用应力和安全系数143.1极限应力的取法压力容器设计中用屈服点σs、抗拉强度σb作为计算许用应力的极限应力（保证不发生塑性变形和断裂）常温容器中温容器高温容器153.2安全系数安全系数的影响因素：①计算方法的准确性、可靠性和受力分析的的精确程度；②材料的质量和

8、制造的技术水平；③容器的工作条件以及容器在生产中的重要性和危险性。3.3许用应力对常见材料，有关技术部门已根据相关原则计算出其许用应力，可以根据选用材料的种类、牌号、尺寸规格及设计温度查表9-4获得4.焊缝系数16⑴焊缝区强度降低的原因：焊接焊缝时可能出现缺陷而未被发现；焊接热影响区往往形成粗大晶粒区而使强度和塑性降低；结构性约束造成焊接内应力过大等。⑵焊缝系数的影响因素焊接接头的型式和无损检测的比例。双面焊或相