薄壁强度分析.

第三强度理论
（最大剪应力理论）
III 当
1 3
pD
2
强度条件
III 当
pD
2
[ ]
适用于 塑性材料
6
第四强度理论
（能量理论）
IV 当
1 2
[(1
2
)2
( 2
3 )2
( 3
1)2
]
2 1
2 2
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2
pD
2.3
强度条件
IV 当
pD
2.3
[ ]
适用于 塑性材料
第二强度理论（最大变形理论）与实际相差较大，目前很少采用。
压力容器材料都是塑性材料，应采用三、四强度理论， GB150-98
采用第三强度理论.
7
第二节内压薄壁圆筒壳体与球壳的强度设计 一、强度设计公式
1、内压薄壁圆筒
III 当
pD
2
[ ]
pD
2 t
D Di
考虑实际情况，
pc Di
2 t
pc
考虑介质 腐蚀性
d
pc Di
2 t
pc
C2
第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
教学重点：
内压薄壁圆筒的厚度计算
教学难点：
厚度的概念和设计参数的确定
1
内压薄壁圆筒与封头的强度设计公式推导过程
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，考虑腐蚀等实际因素导出具体 的计算公式。
2
第一节强度设计的基本知识
一、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，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由单向拉伸时测得的 屈服点。
当 s
3
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
n
=
0 —极限应力（由简单拉伸试验确定）
当 —— 相当应n 力—，安M全Pa，系可数由强度理论确定
0 —— 极限应力，—M许P用a，应可力由简单拉伸试验确定
系数取决于弹簧起跳压力 。
12
（2）容器内有爆炸性介质，安装有防爆膜时：
防 爆 膜 装 置 示 意 图
取 设计压力为爆破片设计爆破压力加制造范围上限。 P9３ 表４-3，表4-4。
13
（3）无安全泄放装置——取 p=（1.0~1.1）pw 。 （4）外压容器:取 p≥正常工作下可能产生的最大压差。
注意：“正常工作”——含空料，真空检漏，稳定生 产，中间停车等情况。
（5）真空容器 ※不设安全阀时，取0.1MPa ； ※设有安全阀时 取Min（1.25×△p ,0.1MPa) 。
14
计算压力pc在相应设计温度下，用以确定元件厚度的 压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压 力小于5%设计压力时，可忽略不计。 即计算压力设计压力液柱静压力 5%P时计入) 可见，计算压力 设计压力 工作压力容器顶部表压 例：一立式容器，设计压力0.5MPa，液 体深10m， 重度为10,000N/m3。
引入pc等参数
考虑钢板厚度
负偏差并圆整
名义厚度
n
8
强度校核公式
t pc (Di e ) [ ]t 2 e
最大允许工作压力计算公式
pw
2
Di
tn C
n C
2
Di
t e
e
1、当筒体采用无缝钢管时，应将式中的D换为D0 2、以上公式的适用范围为 pc 0.4[ ]t 3、用第四强度理论计算结果相差不大
nb
ns
t
=min{
t b
,
t s
t 0.2
}
nb
ns
t
=min{
t s
t 0.2
,
t n
,
t D
}
ns
nn nD
19
（2）安全系数 安全系数是一个不断发展变化的参数。 随着科技发展，安全系数将逐渐变小。
表4-2 钢材的安全系数
常温下，碳钢和低合金钢
nb 3.0，ns 1.6
20
影响安全系数的因素： ①计算方法的准确性、可靠性和受力 分析的精度； ②材料质量和制造的技术水平； ③容器的工作条件及其在生产中的重 要性和危险性。
17
3、许用应力和安全系数
许用应力是以材料的各项强 度数据为依据，合理选择安 全系数n得出的。
（1）极限应力 0
t 0
n
极限应力的选取与部件的使 用条件和失效准则有关
极限应力可以是
b、
s
(
0.2
)、
t s
(
t 0.2
)、
Dt 、
t n
18
常温容器 中温容器 高温容器
=min{
b
, s 0.2 }
p=0.5MPa pc=0.5+(10×10,000)/1,000,000=0.6MPa
15
2、设计温度 指容器在正常工作情况下，在相应的设 计压力下，设定的元件的金属温度（沿 元件金属截面厚度的温度平均值）。
设计温度是选择材料和确定许用应力时 不可少的参数。
16
确定设计温度的方法：
（1）对类似设备实测； （2）传热计算； （3）容器器壁与介质直接接触且有外保温或 保冷时，按表4-5选取； （4）容器内介质用蒸气直接加热或被内置加 热元件间接加热时，取最高工作温度
n —— 安全裕度
应力，由强度[ ] 理——论许来用确应定力,。MPa
4
二、强度理论及其相应的强度条件
1、薄壁压力容器的应力状态
1
pD
2
2
m
pD
4
3 z 0
图4-1 应力状态
径向应力
5
2、常用强度理论
第一强度理论
（最大主应力理论）
I 当
1
pD
2
强度条件
I 当
pD
2
[ ]
适用于 脆性材料
指设定的容器顶部的最高压力，它与相应设 计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于 工作压力。
计算压力
指在相应设计温度下，用以确定壳体各部位 厚度的压力，其中包括液柱静压力。
计算压力pc=设计压力p+液柱静压力
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设计压力p：设定的容器顶部的最高压力---设计载荷。
取值方法：
（1）容器上装有安全阀
取不低于安全阀开启压力 ： p ≤（1.05～1.1）pw
9
2、内压球形壳体
pD
1 2 4
公式的适用范围为
pc 0.6[ ]t
pc Di
4 t
pc
d
pc Di
4 t
pc
C2
t pc (Di e ) [ ]t 4 e
pw
4
Di
t e
e
10
二、设计参数的确定
1、压力 工作压力
指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的 最高压力。
设计压力
21
常见的焊接形式：
22
23