技能培训课件-压力容器应力分析 (NXPowerLite).ppt

2 压力容器应力分析,本章重点： 了解薄膜理论的基本原理和意义，掌握利用无力矩理论求解轴对称问题的基本方程，计算常用壳体的薄膜应力； 掌握对几种典型回转壳体第一和第二曲率半径的计算； 理解无力矩理论应用的条件； 掌握容器不连续效应的基本概念和特征； 了解拉美公式的的推导过程，掌握厚壁圆筒在内外压作用下应力的基本特征；,6. 了解厚壁圆筒温差应力的分布规律； 7. 理解厚壁圆筒弹塑性应力及残余应力的概念，掌握自增强计算的原理； 8. 理解薄板弯曲理论的基本假设及其含义，掌握受轴对称横向载荷圆形薄板小挠度弯曲微分方程及其应用； 9. 了解外压容器失稳破坏的特点，掌握弹性失稳、非弹性失稳、临界压力、圆筒计算长度、临界长度等概念； 10. 了解常用的局部应力的计算方法。,2 压力容器应力分析,压力容器应力分析,2.1 回转薄壳应力分析 2.2 厚壁圆筒应力分析 2.3 平板应力分析 2.4 壳体的稳定性分析 2.5 典型局部应力 总 结,主目录,压力容器设计的任务和设计方法 设计任务： 1.工艺设计，确定设计参数如压力、温度、内径等； 2.结构设计，确定容器零部件的结构型式； 3.强度计算，根据设计参数确定合适的容器厚度。 设计方法： 常规设计强度判据：第一强度理论 1 其中1为器壁3个主应力中最大值，若求1，必须对容器的器壁进行应力分析，求出其与容器压力、内径和厚度等参数的关系表达式。,2.1 回转薄壳应力分析,一、回转薄壳的薄膜应力分析 1.基本概念 回转薄壳 母线 平行圆 经线 纬线 法线 第一曲率半径 第二曲率半径 （圆柱壳、球壳、锥壳）,2.1 回转薄壳应力分析,R1= R2=R,R1=R2=R,R1= R2=Rcos,3.薄膜应力分析（membrane stress analysis） 薄膜应力：经向应力 周向应力 由于研究的壳体壁厚较薄，且不考虑壳体与其它部件连接处的局部应力，这时可认为 和沿壁厚均匀分布，这种应力称为薄膜应力。,2.1 回转薄壳应力分析,（1）经向应力（meridional stress） 用一与回转壳体中间面正交的圆锥面切割一承受内压的壳体，取截面以下部分为分离体，该分离体上作用内压P和经向应力 ，在轴线方向合力应互相平衡。,2.1 回转薄壳应力分析,Q力被经向内力沿轴线方向的合力所平衡，即：,2.1 回转薄壳应力分析,取一宽度为dl的环带，气体压力轴向合力：,（2）周向应力 （hoop stress） 由3对截面截取小单元体：壳体的内外表面，两个相邻的夹角为d的经线平面，两个相邻的和壳体中面正交的锥面。 假设ab=cd=dl1 bc=ad=dl2,2.1 回转薄壳应力分析,根据小单元体在法线方向的力平衡条件可得：,2.1 回转薄壳应力分析,4.薄膜理论的应用,2.1 回转薄壳应力分析,（1）球形壳体,（2）圆筒形壳体,（3）锥形壳体,（4）椭球形壳体 图2-9,R1= R2=Rcos,薄膜应力是只有拉（压）应力，没有弯曲正应力的一种二向应力状态，因而薄膜应力又称为“无力矩理论”。,2.1 回转薄壳应力分析,5.无力矩理论和有力矩理论,无力矩理论适用的范围：,除了薄膜内力外，还考虑弯曲内力（因中面的曲率、扭率改变而产生的横向力、弯矩和扭矩），对壳体进行应力分析，这种理论称为“有力矩理论”。,不满足无力矩理论应用条件的局部区域,2.1 回转薄壳应力分析,二、回转薄壳的不连续分析,1.不连续效应和不连续应力（边缘效应和边缘应力）,2.不连续应力的基本分析方法 薄膜解： 一次应力 外载荷 有矩解： 二次应力 边缘力和边缘弯矩,2.1 回转薄壳应力分析,由于总体结构不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的应力增大现象，称为“不连续效应”或“边缘效应”。由此引起的局部应力称为“不连续应力”或“边缘应力”。 影响因素：结构、厚度、载荷、温度和材料,4.设计时处理方法,2.1 回转薄壳应力分析,本节结束啦,2.2 厚壁圆筒应力分析,一、弹性应力,1.压力载荷引起的弹性应力 （1）轴向（经向）应力,2.2 厚壁圆筒应力分析,根据轴向力平衡得到：,（2）周向和径向应力,微元平衡方程,2.2 厚壁圆筒应力分析,几何方程（位移与应变）,2.2 厚壁圆筒应力分析,物理方程（应力与应变）,2.2 厚壁圆筒应力分析,综合式求得,得到内外压作用下厚壁圆筒的三向应力表达式： 拉美公式 表2-1,(3) 结论分析,2.2 厚壁圆筒应力分析,承受均匀压力的厚壁圆筒弹性应力分布,2.温度变化引起的弹性应力 （1）热应力 （2）厚壁圆筒热应力 物理方程,几何方程与平衡方程与推导拉美公式时相同 热应力分布： 表2-2,2.2 厚壁圆筒应力分析,（3） 结论分析,2.2 厚壁圆筒应力分析,2.2 厚壁圆筒应力分析,二、弹塑性应力,内压