内压薄壁圆筒与封头的强度设计.ppt

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1、第4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、内压薄壁圆筒与球壳的强度设计第三节、内压圆筒封头的设计第一节、强度设计的基本知识强度设计：根据给定的公称直径以及计算压力和温度，设计出合适的壁厚，以保证设备安全可靠地运行。新压力容器强度计算的内容：确定设计参数；选择所使用的材料；确定容器的结构形式；计算筒体与封头壁厚；选取标准件；绘制设备图纸。再用压力容器的强度校核：我国对压力容器实施定期检查制度。压力容器在使用一定年限后会因腐蚀而导致壁厚减薄，所以在每次检查时，应根据实测壁厚进行强度校核，其目的是：判定在下一个检验周期内，或在剩余寿命期间，容器是否能够在原设计

2、条件下安全使用；当容器已被判定不能在原设计条件下使用，应通过强度计算，提出容器监控使用的条件；当容器针对某一使用条件需要判废时，应提出判废标准。弹性失效：内压容器一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点时，容器即为受到破坏，也就是说，容器的每一部分都必须处于弹性变形范围之内；设计准则：为了保证安全，必须留有一定的安全裕度：1.关于弹性失效的设计准则2.强度理论及其相应的强度条件环向应力轴向应力径向应力对于承受均匀内压的薄壁容器，其主应力规定为：2.1第一强度理论根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着最大拉应力所在的截面发生脆性断裂，也就是说，不论在什么样的应力状态下，只

3、要三个主应力中最大拉应力σ1达到了材料的极限应力，材料就发生破坏；强度条件：在17世纪提出，最早的强度理论，也称为最大拉应力理论；只适用于脆性材料。认为材料沿最大主应力方向破坏并不是由最大主应力达到某一极限值所引起的，而是由于最大拉伸应变达到某一极限所引起的；也称为最大主应变理论；因为应变难以测量，因此第二强度理论用得不多。2.2第二强度理论根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着最大剪应力所在的截面滑移而发生流动破坏；不论在什么样的应力状态下，只要最大剪应力达到了材料的极限值，就会引起材料的流动破坏；强度条件：也称为最大剪应力理论。2.3第三强度理论根据：不论在什么样的应

4、力状态下，只要构件内一点的形状改变比能达到了材料的极限值，就会引起材料的流动破坏；形状改变比能：随着弹性体发生变形而积蓄在其内部的能量，如拉满的弓、机械表的发条被拧紧时；强度条件：也称为形状改变比能理论。2.4第四强度理论第二节、内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计1.内压薄壁圆筒壳的强度条件若取第三强度理论，整理得到计算壁厚S的公式，基于内径的圆筒计算壁厚公式同样取第三强度理论，整理得到计算壁厚S的公式，基于外径的圆筒计算壁厚公式若基于内径：若基于外径：若考虑腐蚀裕量C2，得到设计壁厚Sd，名义壁厚有效壁厚对已有设备进行强度校核：强度校核最大允许工作压力：2.内压球形容器的强度条件相

5、同压力、直径条件下，球壳的计算壁厚约为相同条件下圆筒壁厚的一半；在相同的壁厚、直径条件下，球壳的耐压能力是圆筒的两倍。3.设计参数的确定3.1设计压力工作压力：是指在正常情况下，容器顶部可能达到的最高压力；由工艺过程决定的；设计压力：标注在设备铭牌上的压力，其值不低于工作压力；根据具体条件而规定的；计算压力：在相应设计条件下，用以确定元件厚度的压力，包括液体静压力。设计压力的取值设计温度是指容器在正常工作温度下，设定的元件的金属温度；标注在产品铭牌上的设计温度，应该是壳体在金属设计温度的最高值或最低值；设计温度虽然不直接反映在上述计算公式中，但它是设计中选择材料和确定许用应力时不

6、可缺少的一个参数。3.2设计温度设计温度的确定极限应力的取法取决于材料的类型：3.3许用应力与安全系数塑性材料制成的承压件：一般以屈服点为许用应力；脆性材料制成的容器，一般以抗拉强度为许用应力；对于锅炉和压力容器的承压部件，一般也以抗拉强度作为许用应力。许用应力极限应力安全系数材料性能的稳定、可靠性及其可能存在偏差的大小；估算的载荷状态及其数值上的偏差；计算方法的精确程度；制造工艺及其允许的偏差；检验手段及其严格的程度；使用操作的经验。影响安全系数的主要因素按照科技发展的总趋势，安全系数将逐渐变小。3.4焊接接头系数对于壁厚不超过38mm的容器，对其接头的焊接处，采用射线探伤；由

7、于结构不明，不能采用射线探伤的，采取超声波探伤。钢板出厂时标注的厚度是钢板的名义厚度，钢板的实际厚度可能大于名义厚度(正偏差)，也有可能小于名义厚度(负偏差)。钢板的标准中规定了允许的正、负偏差值。因此如果按照设计壁厚去购置钢板，就有可能购得实际厚度小于设计壁厚的钢板。为了杜绝这种情况，在确定筒体壁厚时，应在设计壁厚的基础上将钢板的负偏差加上去。3.5壁厚附加量C=C1+C23.5.1钢板负偏差C1由于容器在使用过程中会受到介质的腐蚀，因此必须考虑一定的腐蚀裕量；介质不同、材料不