压力容器的受力分析
压力容器接管处受力分析探讨
压力容器接管处受力分析探讨本文系统的分析了压力容器接管承受压力的情况，同时还对水平方向上加载载荷、非水平方向上加载载荷及轴面上非均匀受力情况进行了应力分析，使我们了解了开孔接管区的复杂应力分布状况，为我们以后进行此类设计提供详实的第一手资料。
标签：压力容器;接管;应力分析0 引言压力容器为了完成特定工艺过程需设置压力表、液位表、安全阀、人孔或手孔等，这使得压力容器必须进行开孔和焊接接管。
开孔接管区的应力状况非常复杂，这是因为一方面开孔破坏了壳体材料的连续性，削弱了原有的承接面积，在开孔边缘附近必定会造成应力集中;另一方面接管的存在使开孔接管区成为总体结构不连续区，壳体与接管在内压作用下自由变形不一致，在变形协调过程中将产生边缘应力;再者，接管与壳体是通过焊缝连接在一起的，焊缝的结构尺寸如焊缝高度、过度圆角等会形成局部结构不连续，形成局部不连续应力。
我们以汇管接管受力情况为例进行分析。
汇管参数：筒体内径Di=300mm，壁厚tc=24mm，接管外径d0=60mm，壁厚为10mm，接管内伸长度Li=30mm;外径过渡圆角R1=20，内侧过渡圆角R2=10，内压P=4.0MPa，材料的弹性模量E=2.0e5MPa，泊松比为μ=0.3。
1 仅考虑管道受内压作用的应力分析仅考虑内压作用下应力状况，为此有限元模型可利用结构的对称性取开孔接管区的1/4建模。
管体长度及接管外伸长度应远大于各自的边缘应力衰减长度，取管道长度Lc=600mm，接管外伸长度Ln=100mm。
选择SOLID45（计算软件名）单元对结构进行离散化。
对称面施加对称约束，接管端部约束轴向位移，筒体断面施加轴向平衡面载荷Pc，并按如下公式计算：Pc=■其受力模型如下图所示：■水平方向承受拉应力和压应力载荷轴端面有弯矩M时受力管道轴端截面上有水平方向的应力载荷P1，接管部位承受由自重引起的拉应力载荷P2，基于P1方向的不确定性可以分为三种情况。
材料力学厚壁压力容器知识点总结
材料力学厚壁压力容器知识点总结厚壁压力容器是一种广泛应用于工业领域的设备，用于承受高压条件下的液体或气体。
在设计和制造厚壁压力容器时，掌握材料力学方面的知识是非常重要的。
本文将总结厚壁压力容器的相关知识点。
1. 压力容器的基本概念压力容器主要分为静压容器和动压容器两种类型。
静压容器是一种在压力控制下储存物质的设备，例如气体储存罐。
动压容器则是通过压力对物质进行加工或转化的设备，例如反应釜。
无论是静压容器还是动压容器，其设计和制造都需要考虑材料的力学性能。
2. 厚壁压力容器的应力分析在设计厚壁压力容器时，需要考虑容器壁的应力分布情况。
容器内部受到的压力会导致壁的应力产生变化，并且应力的分布不均匀。
常见的应力分析方法包括受力分析和应力的变形分析。
通过分析应力的分布情况，可以确定容器的安全工作范围，避免因应力过大而导致变形或破裂。
3. 厚壁压力容器的应力计算方法厚壁压力容器应力的计算采用的是层板理论和薄壁理论。
层板理论将容器壁划分为多个层数，并对每一层进行应力分析。
层板理论在材料力学中起到了重要的作用，可以准确地计算厚壁容器的应力分布情况。
薄壁理论则是将容器壁看作是无限大的平板，通过假设对容器壁进行应力分析。
4. 厚壁压力容器的材料选择厚壁压力容器的材料选择要考虑多个因素，包括容器的使用环境、容器内物质的性质以及容器的制造成本等。
常见的材料包括碳钢、不锈钢和合金钢等。
碳钢具有良好的机械性能，适用于中低压容器。
不锈钢则具有抗腐蚀性能，适用于高压和具有腐蚀性物质的容器。
5. 厚壁压力容器的安全性评估为了确保厚壁压力容器的安全运行，需要进行安全性评估。
常见的评估方法包括静态强度评估和疲劳寿命评估。
静态强度评估通过计算应力，检查容器壁是否能够承受设计压力。
疲劳寿命评估则是通过分析容器在交变载荷下的变形情况，判断容器的使用寿命。
总结：本文总结了材料力学厚壁压力容器的知识点，主要包括压力容器的基本概念、应力分析、应力计算方法、材料选择和安全性评估。
压力容器疲劳分析设计
压⼒容器疲劳分析设计压⼒容器疲劳分析设计⼀，⼯程背景19世纪30—40年代，英国铁路车辆轮轴在轴肩处（应⼒仅为0.4 ys）多次发⽣破坏；1954年1⽉, 英国慧星(Comet)号喷⽓客机坠⼊地中海（机⾝舱门拐⾓处开裂）；1980年3⽉27⽇，英国北海油⽥Kielland 号钻井平台倾复；127⼈落⽔只救起89⼈。
主要原因是由变应⼒和裂纹导致的断裂。
⼯程实际中发⽣的疲劳断裂破坏，占全部⼒学破坏的50％-90%，是机械、结构失效的最常见形式。
⼆，定义疲劳：疲劳是在某点或某些点承受交变应⼒，且在⾜够多的循环交变作⽤之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发⽣的局部永久结构变化的发展过程。
交变载荷：结构所承受的载荷经常有规律地变化着他它的⼤⼩，或者拉压交替变化。
称为交变载荷或变值载荷。
交变应⼒：在交变载荷作⽤下，结构中的应⼒也随之有规律地改变着它的⼤⼩与⽅向。
当量交变载荷：平均应⼒不为零时真实的交变应⼒与平均应⼒为零时产⽣的疲劳破坏相同的应⼒。
疲劳极限：当最⼤应⼒减⼩到某⼀临界值以后，试件就可以经历⽆穷多次应⼒循环⽽不发⽣疲劳破坏，这个临界值就称为疲劳极限。
三，结构：应⼒分析基本上都是针对容器的局部区域进⾏的，因此在计算条件确定后应进⾏结构分析，以确定应⼒分析部位并建⽴⼒学模型。
原则上容器的所有⼏何不连续点和承受局部载荷的元件都应作为应⼒分析部位，根据分析部位的结构形式和载荷形式建⽴相应的⼒学模型。
材料：最⼤应⼒低于材料强度极限或屈服极限；没有明显的塑性变形。
断⼝表⾯上呈现出两个划分明显的区域。
载荷：载荷谱如开、停车次数、压⼒或温度波动幅度和周期等。
分布载荷如温度、压⼒、⾃重等。
局部载荷如管道推⼒、弯矩、扭矩、局部温度梯度等。
谱载荷如开、停车次数、压⼒或温度波动幅度和周期等。
容器制造过程中、⽔压试验、⼯作中的超载等留下的残余应⼒。
环境：周期性的温度变化。
时间：构件长期在交变应⼒下。
四，疲劳的特点：交变应⼒，局部⾼应⼒，裂纹，发展过程。
压力容器应力分析与安全设计
钢制压力容器 用材料许用应 力的取值方法
碳素钢或低合金钢>420℃，铬钼合金钢>450℃， 奥氏体不锈钢>550℃时，同时考虑基于高温蠕变极限
或持久强度
的许用应力
即
或
压力容器应力分析与安全设计
表9-2 钢制压力容器用材料许用应力的取值方法
材料
许用应力 取下列各值中的最小值/MPa
压力容器应力分析与安全设计
3. 对边缘应力的处理
若用塑性好的材料制造筒体，可减少容器发生破坏的危险 性。 正是由于边缘应力的局部性与自限性，设计中一般不 按局部应力来确定厚度，而是在结构上作局部处理。但对 于脆性材料，必须考虑边缘应力的影响。
压力容器应力分析与安全设计
第二节 压力容器的安全设计
压力容器设计是保障压力容器安全的首要环 节。压力容器设计从安全角度包括强度安全设计和 结构安全设计，两者都离不开正确选材，不同材料 的容器的承载能力与结构可靠程度是不同的。
碳素钢、低合金 钢、铁素体高合
金钢
奥氏体高合金钢
压力容器应力分析与安全设计
4、焊接接头系数——焊缝金属与母材强度的比值，反映容器 强度受削弱的程度。
焊缝缺陷
夹渣、未熔透、 裂纹、气孔等
焊缝热影响区晶粒粗大
薄弱环节
母材强度或塑性降低
影响因素
接头形式 无损检测要求及长度比例
压力容器应力分析与安全设计
焊缝系数的大小与材料的焊接性能、被焊母材的厚度、焊接 结构、坡 口型式、焊接方法、焊缝无损检测长度比例以及焊前 预热处理及焊后热处理等因素有关。目前我国《钢制压力容器》 中的焊缝系数主要依据焊缝结构、坡口型式、无损检测的要求等 确定。焊缝系数的选择见下表。
压力容器应力分析报告
压力容器应力分析报告引言压力容器是一种用于储存或者输送气体、液体等介质的设备。
由于容器内的介质压力较高，容器本身需要能够承受这种压力而不发生破裂。
因此，对压力容器进行应力分析是非常重要的，它可以帮助我们判断容器的安全性并提供设计和改进的依据。
本报告旨在对压力容器进行应力分析，以评估其在工作条件下的应力分布情况，并根据分析结果提出相应的建议和改进措施。
1. 压力容器的工作原理和结构在进行应力分析之前，我们首先需要了解压力容器的工作原理和结构。
1.1 工作原理压力容器通过在容器内部创建高压环境来储存或者输送介质。
这种高压状态可以通过液体或气体的压力产生，也可以通过外部作用力施加于容器上。
容器的结构需要能够承受内部或外部压力的作用而不发生破裂。
1.2 结构压力容器通常由壳体、端盖、法兰、密封件等部分组成。
壳体是容器的主要结构部分，可以是圆柱形、球形或者其他形状。
端盖用于封闭壳体的两个端口，而法兰则用于连接不同部分的容器或其他设备。
密封件的选择和设计对于保证容器的密封性和安全性至关重要。
2. 压力容器应力分析方法在进行压力容器应力分析时，我们可以采用不同的方法和工具。
下面将介绍两种常用的应力分析方法。
2.1 解析方法解析方法是一种基于数学模型和理论计算的应力分析方法。
通过建立压力容器的几何模型和材料性质等参数，可以使用解析方程和公式计算容器内部和外部的应力分布情况。
这种方法适用于简单结构和边界条件的容器，具有计算简单、速度快的优点。
2.2 有限元方法有限元方法是一种基于数值计算的应力分析方法。
它将复杂的压力容器分割成有限个小单元，通过求解每个小单元的应力状态，再将它们组合起来得到整个容器的应力分布。
有限元方法可以考虑更多的几何和材料非线性，适用于复杂结构和边界条件的容器，具有更高的精度和可靠性。
3. 压力容器应力分析结果和讨论在进行压力容器应力分析后，我们得到了容器内部和外部的应力分布情况。
根据具体的分析方法和参数，以下是一些可能的结果和讨论。
压力容器设计与强度分析研究
压力容器设计与强度分析研究随着现代工业的不断发展，压力容器作为一种重要的设备，在许多工业领域发挥着重要的作用。
压力容器是指用于封装气体或液体的设备，其内部压力高于大气压力。
压力容器主要应用于石油化工、能源、化工、航空航天等领域。
首先，压力容器的设计至关重要。
在整个设计过程中，需要考虑许多因素，例如容器的尺寸、形状、承载能力等。
设计师需要根据使用环境和工作条件来选择合适的材料和结构。
此外，还需要遵循一系列国际标准和规范，确保容器的设计在实际运行中具有良好的可靠性和安全性。
在压力容器的设计中，其中一个重要的方面是强度分析。
强度分析是指对容器的主要应力和变形进行计算和评估。
通过强度分析可以确保容器在承受内外部压力的同时保持结构的稳定和完整性。
在进行强度分析时，需要考虑多种因素。
首先是容器的载荷计算，即确定所需承载力的大小。
载荷计算需要考虑到容器内外的压力、温度、材料特性以及各种工况下的加载情况，以确保设计的安全性和可靠性。
其次是材料的强度特性，包括材料的屈服强度、抗拉强度和断裂韧性等。
通过对材料的强度特性进行分析和测试，可以更好地选择适合的材料，对容器进行设计和优化。
最后还需要考虑到容器的边界条件和约束条件，以及在容器使用过程中可能产生的各种外力和环境因素。
在进行强度分析时，可以利用各种计算方法和工程软件。
常用的方法包括有限元分析、应力强度法和层板理论等。
有限元分析是一种广泛应用的计算方法，它可以将复杂的结构分割成许多小的有限元进行分析，通过求解各个有限元的应力和变形，最终得出整个结构的应力分布和变形情况。
应力强度法是一种基于结构应力的分析方法，通过计算结构的应力强度因子，来评估结构的抗裂性能。
层板理论是一种应用于薄壁结构的计算方法，通过分析结构的层板应力和变形，来评估结构的强度和稳定性。
除了设计和强度分析之外，还需要对压力容器进行一系列的检验和测试。
这些检验和测试包括可视检验、射线检验、超声波检验、涡流检验等。
压力容器壳体的稳定性分析
压力容器壳体的稳定性分析一、引言压力容器壳体是蒸发器、换热器、反应器等化工设备中重要的组成部分，它承受来自内部介质的压力，同时还需要经受外部环境的力作用。
为了保证压力容器壳体能够在工作过程中保持稳定并安全地承受压力，必须对其进行稳定性分析。
本文将介绍压力容器壳体的稳定性分析方法和相关理论知识。
二、压力容器壳体的稳定性分析1. 应力状态在工作过程中，压力容器壳体承受来自内部介质的压力载荷，同时还需要经受外部环境荷载的作用，如风荷载等。
这些外部荷载会导致壳体上出现正应力和剪应力。
在确定压力容器壳体稳定性时需要先了解其压力状态。
在壳体内部，应力状态由压力载荷引起，应力分为径向应力、周向应力和轴向应力，其大小与压力载荷大小有关。
在壳体上，轻荷载下剪应力很小，只有正应力比较大，而在重载荷下，正应力和剪应力都较大。
2. 稳定性分析方法在确定壳体的稳定性时需要考虑其受力情况和力的分布情况，分析其受力状态并选择合适的分析方法。
稳定性分析方法有很多种，其中常用的有力学方法、能量方法、虚功原理和位移法等。
其中，力学方法主要是根据材料力学性质，通过应力计算得出壳体受到的外力大小，在此基础上确定其稳定性；能量方法是将壳体受到的外力转化成内能来研究稳定性；虚功原理是通过计算虚功来判断壳体的稳定性；位移法是通过计算变形、位移来判断壳体的稳定性。
在实际应用中，选取合适的分析方法需要考虑具体情况和要求。
3. 稳定性分析步骤（1）确定受力情况在进行压力容器壳体稳定性分析前，首先需要确定其所受外界荷载的大小和方向，同时还要考虑其内部介质压力的影响。
根据受力情况可以计算出壳体的应力状态。
（2）确定分析方法根据具体情况和要求选取合适的稳定性分析方法，应注意考虑分析的范围、精度和可靠性等因素。
必要时还需进行有限元分析。
（3）建立数学模型在使用分析方法进行计算前，需要建立数学模型来描述压力容器壳体的几何结构、物理性质以及受力情况等。
通常情况下，可以采取二维或三维模型。
薄壁容器受力分析
课程分析COURSE ANALYSIS题目：薄壁容器受力分析系别：机械工程系专业：机械设计制造及自动化学制：四年姓名：学号：导师：20 14 年6 月8 日分析3：薄壁容器受力分析姓名：班级：学号：一、概述此次分析的模型为一薄壁压力容器，其结构及尺寸如下图所示。
（单位：mm）该容器底部侧边完全约束，其所有外表面均承受MPa1.0外压作用。
已知材料的许用应力为MPa200，泊松比为3.0。
140，弹性模量为GPa试据此确定合适的壁厚。
（选择的壁厚使得容器最大应力在~Shell单元模拟）100之间均认为满足设计要求，可选用181130MPa二、模型及约束情况通过观察模型的结构及尺寸，先将模型尺寸化为国际单位。
1、模型创建先创建一个m1.0⨯⨯的长方体，再在XY平面分别以长方.0m2.0m25体在Y方向上的边的中点为圆心创建两个半径为m2.0的.0高度为m125圆柱体，并将三个体求和，删除体单元。
再将模型上下两个面内的所有相交面求和。
模型创建完毕，如下图所示。
2、材料定义定义单元类型为181Shell单元，并在实常数中先预定义壳体的厚度为m200，泊松比为3.0。
.0。
然后定义材料的弹性模量为GPa0043、网格划分通过meshtool工具设置网格划分尺寸，并进行网格划分。
划分结果如下图所示。
4、模型约束及载荷施加按照要求将模型底部各边施加完全约束，将模型所有面施加1.0外压作用。
结果如下图所示。
MPa5、模型求解完成上述步骤之后即可进行模型求解。
三、分析结果对模型求解之后即可得到以下应力分析结果。
从图中分析可知模型所受最大应力为MPa 110，在MPa 130~100之间，故满足设计要求。
压力容器的分析设计
过渡区或 与筒体连 接处 平 盖 中 心 区
內
压
內
压
与 筒 体 连 接 处
內
压
局部薄膜应力一次应力 弯曲应力二次应力
PL Q
表4-15 压力容器典型部位的应力分类
接 管 接 管 壁 內 压 一次总体薄膜应力 局部薄膜应力一次应力 弯曲应力二次应力 峰值应力 薄膜应力二次应力 弯曲应力二次应力 峰值应力 Pm PL Q F Q Q F Q F
4.4.2.1 应力分类
一次应力P （3）一次局部薄膜应力PL 在结构不连续区由内压或其它机械载荷产生的薄膜应力和 结构不连续效应产生的薄膜应力统称为一次局部薄膜应力。 作用范围是局部区域 。 具有一些自限性，表现出二次应力的一些特征，从保守 角度考虑，仍将它划为一次应力。
实例：壳体和封头连接处的薄膜应力； 在容器的支座或接管处由外部的力或力矩引起的薄膜应力。
一次总体薄膜应力强度SⅠ；
一次局部薄膜应力强度SⅡ； 一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力（PL+Pb）强度SⅢ； 一次加二次应力（PL+Pb+Q）强度SⅣ； 峰值应力强度SⅤ（由PL+Pb+Q+F算得）。
4.4.3 应力强度计算
应力强度计算步骤 除峰值应力强度外 ，其余四类应力强度计算步骤为： （1）在所考虑的点上，选取一正交坐标系， 如经向、环向与法向分别用下标x 、q 、z表示， 用x、q和z表示该坐标系中的正应力， txq、txz、tzq表示该坐标系中的剪应力。 （2）计算各种载荷作用下的各应力分量，并根据定义将各 组应力分量分别归入以下的类别：一次总体薄膜应力 Pm；一次局部薄膜应力PL；一次弯曲应力Pb；二次应 力Q；峰值应力F。
4.4.3 应力强度计算
压力容器基础知识
制造过程的数字化和 智能化
数字化和智能化技术可以实现压力容 器制造过程的自动化、信息化和智能 化，提高生产效率和质量。
定制化服务
根据客户需求，提供定制化的压力容 器产品和服务，满足不同领域和行业 的需求。
压力容器在未来的应用前景与挑战
应用前景
随着能源、石油化工、医药等领域的发展，压力容器在未来 的应用前景非常广阔。例如，氢能源储存和运输、二氧化碳 捕获和封存等领域的压力容器具有重要作用。
压力容器的设计计算
01
容器壁厚的计算
根据容器的工作压力、温度、材料和 制造工艺等因素，对容器壁厚进行计 算。
02
压力容器受力分析计 算
通过对容器进行受力分析，计算出容 器在操作过程中的各种受力，如内压 、外压、自重等，为容器的设计和制 造提供依据。
03
容器封头的设计与计 算
根据容器的使用条件和结构特点，对 容器封头进行设计和计算，以满足容 器的密封性和强度要求。
禁止对压力容器进行焊接、修补 或改造。
在使用过程中如遇到紧急情况， 应立即采取相应的应急措施，并 及时联系专业人员进行处置。
06
压力容器的常见故障与排除方法
压力容器常见故障的分析
裂纹
由于压力容器使用的材料或工 艺不符合要求，或者受到高温 、高压等恶劣工作条件的影响
，容易出现裂纹。
变形
由于压力容器内部介质压力的变 化、支撑结构失稳等原因，导致 容器形状发生变化。
检查与维修
定期对容器的各个部件进行检查， 发现损坏或异常及时进行维修。
防腐与防冻
针对腐蚀或结冰情况，采取相应的 防腐或防冻措施。
压力容器的安全使用注意事项
注意压力容器的工作压力和温度 范围，不得超压超温使用。
压力容器应力分析标准
压力容器应力分析标准压力容器是一种用于承受内部压力的设备，通常用于储存或加工气体、液体或蒸汽。
在设计和制造压力容器时，应力分析是至关重要的步骤。
应力分析可以帮助工程师确定材料的合适性，以及在使用过程中可能出现的应力集中区域，从而确保压力容器的安全运行。
首先，压力容器应力分析需要遵循一定的标准和规范。
国际上广泛应用的压力容器设计规范包括ASME（美国机械工程师协会）的《压力容器规范》和欧洲的PED（压力设备指令）。
这些规范详细规定了压力容器的设计、制造、检验和使用要求，其中包括应力分析的相关内容。
在进行应力分析时，工程师需要考虑压力容器在运行过程中可能受到的各种载荷，包括内压、外压、温度载荷、地震载荷等。
针对这些载荷，工程师需要进行应力分析，计算压力容器的应力分布情况，以及应力集中的位置和程度。
通过应力分析，工程师可以评估材料的强度是否足够，以及是否需要采取一些措施来减轻应力集中的影响。
此外，应力分析还需要考虑压力容器的几何形状、焊接接头、支撑结构等因素。
这些因素都会对应力分布产生影响，因此在进行应力分析时需要全面考虑。
在实际工程中，工程师通常会利用有限元分析等计算工具来进行应力分析。
有限元分析是一种数值计算方法，可以对复杂结构的应力分布进行精确计算。
通过有限元分析，工程师可以得到压力容器各个部位的应力情况，从而指导后续的设计和制造工作。
总的来说，压力容器应力分析是压力容器设计和制造过程中不可或缺的一部分。
遵循相应的标准和规范，全面考虑各种载荷和因素，并利用适当的计算工具进行应力分析，可以确保压力容器的安全可靠运行。
在未来的工作中，我们需要不断改进应力分析的方法和技术，以适应不断发展的压力容器应用需求。
压力容器的受力分析
压力容器的受力分析压力容器是指能够承受内部或外部压力的密闭容器，常见于化工、石油、冶金、轻工、医药等领域。
在使用过程中，压力容器容易发生爆炸等意外，因此对其受力特性进行分析十分重要。
本文将从以下几个方面对压力容器的受力分析进行介绍。
一、压力容器的承载形式压力容器的承载形式分为静力和动力两种形式。
静力形式是指容器内外的压力不发生变化，容器仅承受内外的压力差。
动力形式是指容器内外的压力发生变化，容器需要承受内外的压力和惯性力。
在分析压力容器的受力时，需要考虑到容器所承受的压力和惯性力，以及容器的结构特点。
根据容器的结构特点，容器常见的受力形式有轴向、周向和径向三种形式。
二、轴向受力分析轴向受力是指容器中心轴方向的拉伸或压缩，在分析轴向受力时，需要考虑容器的几何形状、厚度、承载能力等因素。
轴向受力的计算公式一般采用拉普拉斯方程或蔡美尔方程，其中拉普拉斯方程适用于薄壁容器，蔡美尔方程适用于厚壁容器。
在轴向受力分析中，容器的安全系数是非常重要的参考指标。
安全系数是指承受最大载荷时的设计载荷与最大承载力之间的比值。
通常情况下，安全系数要求大于等于1.5，以保证容器的运行安全。
三、周向受力分析周向受力是指容器圆周方向的拉伸或压缩，在分析周向受力时，需要考虑容器的圆周形状、厚度、承载能力等因素。
周向受力的计算公式一般采用卡诺公式或莫比乌斯公式，其中卡诺公式适用于薄壁容器，莫比乌斯公式适用于厚壁容器。
在周向受力分析中，容器的安全系数同样是非常重要的参考指标。
通常情况下，安全系数要求大于等于1.5，以保证容器的运行安全。
四、径向受力分析径向受力是指容器径向方向的拉伸或压缩，在分析径向受力时，需要考虑容器的结构强度、支撑方式、连接方式等因素。
径向受力的计算公式一般采用弹性理论或塑性理论。
在径向受力分析中，容器的支撑方式是非常关键的因素。
压力容器可以采用支撑脚、支撑环、支撑板等方式进行支撑。
不同的支撑方式会对容器的受力特性产生不同的影响，因此在容器设计时需要根据实际情况进行选择。
材料力学薄壁压力容器知识点总结
材料力学薄壁压力容器知识点总结在材料力学中，薄壁压力容器是一个重要的研究对象。
薄壁压力容器指的是壁厚相对于容器尺寸来说相当薄的容器，常见的有气瓶、蒸汽锅炉以及工业管道等。
本文将从材料力学的角度，对薄壁压力容器的知识点进行总结和归纳。
1. 应力和应变薄壁压力容器在使用时会承受内外部的压力载荷，因此我们首先需要了解应力和应变的概念。
应力是单位面积上的内部力的大小，可以分为法向应力和剪切应力。
应变则是物体在受到外力作用下产生的形变程度，可以分为线性应变和剪切应变。
2. 轴对称薄壁压力容器的受力分析轴对称薄壁压力容器是指容器的几何形状在轴向上具有对称性。
在轴对称薄壁压力容器的受力分析中，我们需要考虑容器的内外径、壁厚、内外压力以及材料的弹性模量等参数。
通过应力和应变的计算，可以得出容器在不同条件下的稳定性。
3. 塔式储罐的安全性评估塔式储罐是一种常见的化工设备，用于储存液体或气体。
为了保证塔式储罐的安全运行，我们需要进行安全性评估。
安全性评估主要包括强度计算、可靠性评估和疲劳分析等方面。
在强度计算中，我们需要考虑容器的几何形状、材料性能以及荷载情况等因素。
可靠性评估和疲劳分析则主要针对容器的寿命和疲劳损伤进行评估。
4. 压力容器的材料选择在设计压力容器时，选择合适的材料是至关重要的。
材料的选择需要考虑容器的使用环境、载荷情况以及成本等因素。
常见的材料有钢材、铝合金、钛合金等，每种材料都有其特定的性能和适用范围。
通过合理选择材料，可以确保压力容器具有良好的强度和耐久性。
5. 安全阀的设计和选择安全阀是一种常见的压力容器配件，用于保护容器免受超压的影响。
安全阀的设计和选择需要考虑容器的工作压力、流量要求以及阀的启闭特性等因素。
通过合理选择安全阀，可以保证容器在超压情况下的安全运行。
总结：综上所述，材料力学对于薄壁压力容器的研究具有重要意义。
通过对应力和应变、轴对称薄壁压力容器受力分析、塔式储罐的安全性评估、材料选择以及安全阀设计和选择等知识点的总结，我们可以更好地了解和设计薄壁压力容器。
压力容器设计
设计厚度 计算厚度 腐蚀裕度
td
pDi
2[ ]t P
C2
2.51200 1.0 11.47mm 2170 0.85 2.5
8.3 内压薄壁容器的设计
名义厚度 设计厚度 钢板厚度负偏差 圆整值
tn td C1 11.47 0.8 12.27 14mm
该厚度同时满足最小壁厚要求。 储罐的水压实验压力：
F
F=Fcr
压
杆
临界载荷
失
稳
T
的
概
念
6.１ 压杆失稳的概念
稳定性：构件保持原有形状的能力。
失稳：构件失去原有形状的平衡。失稳现象 的发生决定于构件及其作用载荷。
压杆的临界载荷Ｆcr：压杆保持直线稳定平衡时所 能承受的最大轴向压力。当轴向压力达到Ｆcr时， 压杆随时有失稳的可能，一旦失稳变弯，将不可能 恢复。
d 环向应力为:
pD 2t
• 球形壳体的应力分析
• 环向应力和经向应力相等：
PR PD 2t 4t
椭球形壳体的应力分析
x
M
b
a
P 2tb
a4 x2 (a2 b2 )
P 2tb
a4
x 2 (a2
b2
)
2
a4
a4 x 2 (a 2
b2
)
•
顶点：
Pa a 2t b
薄壁壳体： R0 / Ri 1.2或 tn / Di 0.1
p
B
二向应力状态：经向应力、周向应力
Di
1. 经向应力 (轴向应力)
截面法求 取右半部分受力分析：
p
Di
列平衡方程：
Fx 0
4
D2
压力容器应力分析及其设计
压力容器应力分析及其设计引言压力容器是一种用于储存或运输压力流体或气体的设备，广泛应用于化工、石油、制药等领域。
由于其工作环境的特殊性，压力容器的设计和应力分析至关重要，直接关系到设备的安全性和稳定性。
本文将介绍压力容器应力分析的基本概念和方法，并探讨压力容器设计的一些考虑因素。
压力容器应力分析在压力容器的设计和使用过程中，应力分析是非常重要的一步。
应力分析的目的是确定容器的强度和稳定性，以确保其在工作压力范围内能够安全可靠地运行。
1. 基本概念在压力容器中，由于内、外侧的压力差异，容器壁面会受到应力的作用。
应力是物体内部原子或分子间相互作用的结果，它可以表现为拉伸、压缩、剪切等形式。
常见的应力包括轴向应力、周向应力和切向应力。
轴向应力是指沿着容器轴线方向的应力，周向应力是指沿着容器周向的应力，切向应力是指垂直于容器壁面的应力。
2. 应力分析方法压力容器的应力分析可以采用数值模拟方法或者经验公式计算。
数值模拟方法通常基于有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA），通过划分网格、建立数学模型并求解，得到各个位置的应力值。
经验公式计算相对简便，适用于一些简单几何形状的压力容器。
常用的经验公式有ASME VIII-1标准中的公式和欧洲标准EN 13445中的公式等。
无论采用数值模拟方法还是经验公式计算，都需要考虑容器的材料特性、内外压力、温度、容器几何形状等因素。
3. 应力分析结果的评估进行应力分析后，需要对分析结果进行评估。
常见的评估指标有应力强度安全系数、应力集中系数、损伤累积等。
应力强度安全系数是指容器的实际应力值与允许应力值之间的比值。
一般要求安全系数大于1，以确保容器在额定工作条件下不会发生破坏。
应力集中系数用于评估容器上的应力集中程度。
过高的应力集中系数可能导致局部破坏和疲劳寿命的降低。
损伤累积是指容器在循环荷载作用下承受的损伤累计量。
如果损伤累积超过一定限制，容器可能发生疲劳破坏。
压力容器的设计—内压薄壁容器应力分析及公式推导
dl2
-
2
m Sdl2
sin
d1
2
-
2
Sdl1
sin
d
2
2
=0
（（式31-8））
式体 ）角（ d，ml的 Sd2并 式3d--因夹 l18对 2代 12 与） 各为角 各 s入 ，dmin项微项 Sd式 并 d2d均2体 均很 l1（ 对 12ss除除 与 的 小 -iin3n各 s2以d-i， 夹 ddn8微22项 S）因d2S角 12d元，d2均 l1此 很 ldd11体并 ss2d除 d整取小 -iis112的lnn对i22n理2以 与， dd， 夹=各 d=22得dS22整d因 2角S1d2项 d2RlRld12l1理 2=1此 2dl均 d01很 得1和2dd取 ss除 s1小 2lii（ nni2n2以， ddd， 很3=d=22-S2822因 小整 12d2d） dR2RlRll1，1此m1理 12=d220d可d取得 12l2取2（ ， R==223整 d2dR-lRl181理 22）得p
两个相邻的，与壳体 正交的园锥法截面 图3-6 确定环向应力微元体的取法
4
微元体abcd 的受力
上下面： m 内表面：p
环向截面：
微元体受力放大图
图3-7 微小单元体的应力及几何参数
5
2、回转壳体的经向环向应力分析
图3-8 回转壳体的环向应力分析
内压力p在微体abcd上所产生的外力 的合力在法线n上的投影为Pn
建立静力平衡方程式。
思考：为什么不能用横截面？
2
2、回转壳体的经向应力分析
⒈Z轴上的合力为Pz
Pz
4
D2
p
⒉作用在截面上应力的合力 在Z轴上的投影为Nz
压力容器应力分析
r——平行圆半径； R1（经线在B点的曲率半径）——第一曲率半径； R2（与经线在B点处的切线相垂直的平面截交回转曲面得一平面曲线，该
平面曲线在B点的曲率半径）——第二曲率半径，R2=r/sinφ 考虑 壁厚，含纬线的正交圆锥面能截出真实壁厚，含 平行圆的横截面不能截出真实壁厚。
t
gx
, 则
(0 gx)R
t
注：容器上方是封闭的
23
p0
t
R
σφ
σφ
径向朝外的p0相互抵消，产生σθ而与σφ无关，朝下的p0由筒底承担， 筒底将力又传给支座和基础，朝上的p0与σφ相平衡：
2πRtσφ=πR2p0
则
p0R 2t
若容器上方是开口的，或无气体压力（p0=0）时，σφ=0
cos
将R1、R2代入混合方程得：σθ=2σφ
代入区域方程得：
pr ， 2t cos
则
pr
t cos
可见：① 平行圆半径 r 越小，应力σφ、σθ也越小，锥顶处应力
为零
② 倾角α越小，应力σφ、σθ也越小，α=0时，与圆筒应
力相同，α=90°时，与平板应力相同
18
压力容器应力分析
14
图2-6中：mom′——由纬经锥面mdm′截取的部分壳体，称 为区域壳体。
rm——纬线mm′的平行圆半径 σφ——意义同前 α——σφ方向线与回转轴oo′的夹角，α=90°－φ，
sinφ=r/R2 nn——由两个正交锥面切割得到的、经向宽度为
dl的环带
r 、dr ——nn 环带的平行圆半径及其增量
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在图b中：因壳体沿经线的曲率常有变化，故Nφ随φ变化，因 abcd是微元体，故Nφ随φ的变化量很小，可忽略， 则σφ+dσφ≈σφ；Nφ+dNφ≈Nφ
02_压力容器应力分析_无力矩理论基本方程
dr R2 d cos
2.2 回转薄壳应力分析 2.2.1 引言
（4）几种常见壳体的几何特征
（a）圆柱壳 设圆柱壳中间面半径为R，经线为 直线，纬线轨迹与平行圆相同，有：
R1 , R2 r R
（b）球壳 设球壳中间面半径为R，经线轨迹 与纬线轨迹相同，平行圆半径r与φ关 联，有：
2.2 回转薄壳应力分析 2.2.2 无力矩理论基本方程
无力矩假设：回转薄壳中弯矩很小，可忽略壳壁中的 弯矩影响，使壳体的应力分析大为简化。（微元体仅受
拉压力和剪力）
忽略弯矩的壳体理论称为无力矩理论，或者称为 薄膜理论，由此所得到的解答称为薄膜解，薄膜解是 设计压力容器的基础。
2.2 回转薄壳应力分析 2.2.2 无力矩理论基本方程
将上述各力的法向分量代入平衡式中，有
d d d N sin ( N dN )sin 2 N sin sin P 0 2 2 2 (2 2)
(2-2)式为壳体微元体的内力素在法线方向投影 的平衡式。下面用应力去取代式中的内力。
2.2 回转薄壳应力分析 2.2.2 无力矩理论基本方程
2.1 概述
解析方法：即以弹性、塑性等板壳理论为基础 的精确数学解；实验方法：采用电测法、光弹性法 等；数值方法：基于应力分析理论基础上的有限元
法、差分法等。本章的应力分析是采用解析方法。
2.1 概述
（3）压力容器的结构特点 基本上是由球形、圆筒形壳体和椭球形、锥形、 平板等封头组成，因此化工容器多数是旋转壳体，由 旋转曲面组成，在垂直于对称轴的截面上的投影都是 正圆形。 （4）本章讨论的对象 承受压力：中低内压力(0.1MPa～10MPa)；壁厚： 薄壁(径比K≤1.2)；结构：回转壳体。 可称为：中低(内)压薄壁容器应力分析
压力容器设计综合知识要点
压力容器设计综合知识要点压力容器是广泛应用于化工、石油、航空、航天等领域的一种特殊设备，其设计和制造要求十分严格。
设计压力容器需要掌握大量综合知识，本文将从压力容器基本概念、设计规范、材料选择、受力分析以及安全性评价等方面，进行深入剖析。
一、压力容器基本概念压力容器是一种密闭容器，能够在设计压力下承受内外静、动力作用，并能保证容器内介质不泄漏的设备。
其主要部件有壳体、封头、支承和附件等。
在使用中，压力容器必须经过设计定型、制造、安装验收、使用和维护检查等多个环节，确保其安全可靠。
二、设计规范压力容器的设计必须符合规范，主要包括国家标准、行业标准、地方标准和企业标准等。
其中最为常见的有《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、《压力容器安全技术监察规程》、《压力容器设计规范》等。
设计时必须按照国家和行业标准的要求进行设计、计算和制造。
同时，必须进行设计审查、制造过程控制、技术文件管理等程序，确保设计、制造、使用过程中的安全可靠。
三、材料选择压力容器的材料选择必须符合规范要求和技术条件。
常用的材料有碳钢、合金钢、不锈钢、铜合金等。
材料的选择主要考虑材料的化学成分、机械性能、耐腐蚀性、温度下限和上限等多种因素。
在选择材料时要尽可能选择好的材料，确保容器在使用中的安全可靠。
四、受力分析受力分析是压力容器设计的核心内容，其主要包括静力分析和动力分析。
静力分析主要考虑容器在静止状态下的受力情况，包括内外压力、重力、温度应力等；动力分析主要考虑容器在运行状态下受到的动态载荷以及荷载的频率和幅值等。
同时，在分析中还需考虑材料的弹性和塑性变形，以及应力应变的限制等因素。
五、安全性评价压力容器的使用安全性评价是指在容器运行过程中，通过数据收集、安全分析等多种手段获取相关信息，判断容器的实际运行状态和安全状况。
主要包括容器的安全工况评价、安全控制评价、检测与监控评价等。
安全性评价可通过计算模拟、试验监测等方法进行，旨在最大程度地保证容器的安全性和稳定性。
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压力容器的受力分析
一、咨询题描述：
如图所示为一台φ700的立式贮藏罐，其手孔的直径为φ88，材料为16MnR,设计压力13.5Mpa，工作压力为12.3Mpa,弹性模量为201Gpa，要求利用有限元方法对此压力容器进行压力分析设计。
在压力容器的应力分析中，压力容器部件设计关怀的是应力沿壁厚的分布规律及其大小可采纳沿壁厚方向的校核线代替校核截面，由于该压力容器为对称结构，因此可仅考虑贮藏罐上半部分的手孔、封头和筒体进行分析设计。
上端的结垢尺寸和在壁厚方向的校核线如图所示。
按照其结构特性，有限元分析模型如图，法兰上的螺栓力能够转化成一个集中力F，且F=82109N。
四.差不多模型建筑
五.模型的网格划分
具体步骤为：
GUI操作：Mainmenu> preprocessor>meshing>mesh tool.弹出mesh too l对话框，在size controls下global里点击按钮set，弹出对话框，在对话框中SIZE element edge length项中填5，点击按钮ok. 点击按钮mesh, 点击按钮pickall，点击按钮ok。
将模型分网。
六.施加载荷和约束
施加的具体步骤为：
施加Y方向的约束
GUI操作：Mainmenu>solution>define loads> apply> structural > displ acement> on lines,弹出对话框，选择下面需要施加约束的一条线，点击按钮ok，弹出对话框，在对话框的dofs to be constrained中选择UY, 点击按钮OK。
施加X方向上的节点约束
GUI操作：Mainmenu>solution>define loads>apply> structural> displa cement>on keypoint,弹出对话框，选择下面一条线中最右面的一个节点，点击ok，弹出对话框，在对话框的dofs to be constrained中选择UX, 点击按钮OK。
施加集中力荷载
GUI操作：Mainmenu>solution>define loads>apply>structural> Force/m oment>on keypoint,弹出对话框，选择上面需要加载的一个点，点击按钮O K。
施加压力荷载
GUI操作：Mainmenu>solution>define loads>apply>structural>
pressure>on lines,弹出对话框，选择上面需要加载的线，点击按钮OK。
七. 求解设置及求解
新的分析类型设置为静态的
GUI操作：Mainmenu>solution>analysis type>new analysis,弹出对话框，选择static, 点击按钮OK
分析类型设置为小位移
GUI操作：Mainmenu>solution>analysis type>sol'n controls,弹出对话框,在basic中，analysis options 中small displacment static,ok
求解
GUI操作：Mainmenu>solution>solve>current ls,OK.
八. 模型的等效三相应力的云图。