第三章 内压薄壁容器的强度计算(1)

压力容器强度计算的内容：
1、新容器的设计 ⑴确定设计参数（P，t，D……等）； ⑵选材； ⑶确定容器的结构型式； ⑷计算筒体与封头壁厚； ⑸选取标准件（如法兰、膨胀节、支座、螺栓、垫片）； ⑹绘制设备图纸
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第三章


内压薄壁圆筒与封头的强度设计
2、在用压力容器的校核
定期检验制度：在使用一定年限后，承压元件因腐蚀等 因素导致器壁减薄，每次检验，应根据实测的最小壁厚进行 强度校核。目的： ⑴判定在下一个检验周期内，或在剩余寿命周期内，容器能 否在原设计条件下（P，t，介质等）安全使用；
其中 δ —计算壁厚,mm t [σ] —材料在设计温度下的许用应力，MPa; 2、厚度的定义 pc Di 计算厚度：
＝
2[ ] pc
t
设计厚度 δd = δ＋C2 名义厚度 δn = δd＋C1＋圆整值=δ＋C＋圆整值 有效厚度 δe = δn－C
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3、校核公式 若已知容器的结构尺寸，要计算其所能承受的载 荷时
当
III
pD 1 3 0 [ ] 2
将平均直径换为圆筒内径D = Di+δ; 将压力p换为计算压力pc； 考虑焊接制造因素φ，将[σ]换为[σ]tφ则有：
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( Di ) pc t [ ] 2
pc Di 故： ＝ 2[ ]t pc
当
I
pD 1 [（适用于脆性材料） ] 2
2、第三强度理论——最大剪应力理论
最大剪应力是引起材料流动破坏的因素，即只要最大剪
应力达到材料的极限，就会引起塑性破坏。
当
III
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pD 1 3 0 [（适用于塑性材料） ] 2
3、第四强度理论——能量理论 （适用于塑性材料） 只要构件内一点处的形状改变比能达到材料极限，就会 引起材料的塑性破坏。 变形能：随着弹性体发生变形而积蓄在其内部的能量。 如钟表的发条被用力拧紧，外力所作的功转变为发条所积蓄 的能量。 变形比能：在单位变形体体积内所积蓄的变性能。 形状改变比能： 物体在外力作用下发生的弹性变形，体积改变称为体积 2014-3-15 改变比能，形状改变称为形状改变比能。
pc ( Di e ) [ ]t 2 e
t
2[ ]t e [ pw ] Di e
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4、采用无缝钢管作筒体时，公称直径为钢管的外径。
pc DO 2[ ]t pc
t
pc DO d C2 t 2[ ] pc
1 1 - 2 2 2 - 3 2 3 - 1 2 当 2


强度条件为
pD 当 2.3
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3.2 内压薄壁圆壳体与球壳的强度设计
3.2.1强度计算公式 一、圆筒形容器 1、强度设计公式 根据第三强度理论，有：
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3.1.1关于弹性失效的设计准则
2．强度安全条件 为了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
当
0

0
n
[ ]
σ — 极限应力（由简单拉伸试验确定） n — 安全系数 [σ]— 许用应力。
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⑵当容器已被判定不能在原条件下使用时，应通过强度计算， 提出容器监控使用的条件；
⑶容器判废，提出判废依据，如强度、位置、原因等。

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3.1强度设计的基本知识
3.1.1关于弹性失效的设计准则 1、弹性失效理论
容器上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(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在单向拉伸时测得的 屈服点，即σ当＜σs。 σ --相当应力，将二向或三向应力状态转换成相当于 当 单向拉伸应力状态的相当应力。
第三章
内压薄壁圆筒与封头的强度设计
3.1 强度设计的基本知识
3.2 内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计
3.3 内压圆筒封头的设计
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第三章
内压薄壁圆筒与封头的强度设计
本章重点：内压薄壁圆筒的厚度计算 本章难点：厚度的概念和设计参数的确定 计划学时：8学时
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内压薄壁圆筒与封头的强度设计
t
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pc Di 4[ ]t pc
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pc Di d C2 t 4[ ] pc
校核计算公式
pc ( Di e ) t [ ] 4 e
t
4[ ]t e [ pw ] Di e
上述球形容器计算公式的适用范围为pc≤0.6[σ] φ。
3.1.2 强度理论及其相应的强度条件 以圆筒形容器作例：
pD pD m ， ＝ 4 2
主应力
pD 1 ＝ 2 pD 2 m＝ 4
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3 0
1、第一强度理论——最大主应力理论
最大拉应力是引起材料破坏的因素，即只要最大拉应力 达到材料极限，材料破坏。
t
2[ ] e pc ( Do e ) t [ ] [ pw ] Do e 2 e

上述计算公式的适用范围为pc≤0.4[σ]tφ。
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二、球形容器
对于球形容器，由于其主应力为
pD 1 2 4
利用上述推导方法，可以得到球形容器壁厚设计 计算公式，即