压力容器设计基础
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强度
2 、内压薄壁圆筒与封头的强度计算公式，以壳体 无力矩理论为推导基础，其推导过程如下： 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。
1 2 3
16
三、压力容器强度理论
3、第三强度理论（最大剪应力理论）及相应的强度条件
第三强度理论认为最大剪应力（ σ1－σ3 ）是引起材料 屈服破坏的主要因素。
其强度条件为：
当
pD pD 1 3 0 2S 2S
当
pD 2S
σ1 σ2 σ1 σ3 σ2 σ2
σ2
σ1 σ3 σ1 二项应力状态与三项应力状态
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二、强度设计的基本知识
① 根据应力状态确定主应力； ② 确定材料的许用应力。 对承受均匀内压的薄壁容器，其主应力为：
1 2 m
pD 2S pD 4S
14
3 r 0
三、压力容器强度理论
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三、压力容器强度理论
4、第四强度理论（形状改变比能理论）及相应强度条件 第四强度理论认为设备构件受外力产生弹性变形时，物 体内部也就积蓄了能量，即变形能。
单位变形体体积内所积蓄的变形能称为变形比能。当 构件变形比能达到材料的极限值时，会引起屈服破坏。
其相应的强度条件：
1 1 2 2 2 3 2 3 1 2 当 2
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强度
σ≤K„σ‟t 公式（1）
公式（1）中的右端项是强度控制指标，即材料的 许用应力。 它涉及到材料强度指标（如抗拉强度σb、屈服强 度σs 等）的确定及安全系数的选用等问题。
当采用常规设计法，且只考虑静载问题时，系数 K=1.0；如果考虑动载荷，或采用应力分析设计法， K≥1.0，此时设计计算将更加复杂。
3
一、概述
压力容器设计中的关键问题是力学问题， 即强度、刚度及稳定性问题。 在本节中，主要讨论压力容器设计中的
有关强度问题。
4
强度
强度：就是结构在外载荷作用下，会不会因应力过大而发 生破裂或者由于过度性变形而丧失其功用。 具体来讲，就是在外载荷作用下，容器结构内产生的应力 不大于材料的许用应力值，即： σ≤K„σ‟t 公式（1） 这个公式就是强度问题的基本表达式。压力容器的设计计 算就是围绕这一关系式而进行的。 公式 （1） 中的左端项是结构内的应力，它是我们最为关 心的问题。 求解结构的应力状态，是一个十分复杂的问题。
压力容器设计基础
内容
一、概述
二、强度设计的基本知识 三、压力容器强度理论 四、压力容器设计准则 五、压力容器设计基本内容 六、压力容器设计审核要点
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一、概述
压力容器的设计，就是根据给定的性能要求、 工艺参数和操作条件，确定容器的结构型式， 选择合适的材料，计算容器主要受压元件的尺 寸，最后给出容器及其零部件的图纸和计算书， 并提出相应的技术条件。 正确、完整的设计应达到保证完成工艺生产， 运行安全可靠，保证使用寿命、制造、检验检 测、安装、操作及维修方便易行，经济合理等 要求。
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强度
一点的应力状态最多可含有 6 个应力分量，哪 个应力起主要作用，对失效起什么作用，如何 控制才不致发生破坏，解决这一问题，就要选 择相应的强度理论计算当量应力，以便与单向 拉伸试验得到的许用应力相比较，将应力控制 在许可范围内。 对它们如何控制才不致发生破坏，解决这一问 题，就要选择相应的强度理论计算当量应力， 以便与单向拉伸试验得到的许用应力相比较， 将应力控制在许可的范围内。
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强度
常用的方法有解析法（如弹性力学法、弹塑性分 析法等）、试验法（如电阻应变计测量法、光弹 法、云纹法等）及数值解法（如有限元法、边界 元法等）。
应用这些方法可以精确或近似地求出结构的应力， 然而，每一种结构的应力都有其特殊性
目前可求解的只是问题的绝大部分，仍有许多复 杂结构的应力分析有待人们进一步探讨。
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二、强度设计的基本知识
1、关于弹性失效的设计准则
设计压力容器时，为了保证结构安全可靠的
工作，必须留有一定的安全裕度，即强度安
全条件：
当
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Βιβλιοθήκη Baidu0
n
二、强度设计的基本知识
2、强度理论及其相应的强度条件 借助于强度理论，将二向和三向应力状态转 换成单向拉伸应力状态的相当应力，同时须 解决两个问题：
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三、压力容器强度理论
适用性： 第一强度理论适用于脆性材料； 第二强度理论经试验验证不适于金属材料，一直没 有得到工程应用； 第三、第四强度理论适用于塑性材料。
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三、压力容器强度理论
强度理论及其应用 在对结构进行强度分析时，要对危险点处于 复杂应力状态的构件进行强度计算，首先要知道 是什么因素使材料发生某一类型破坏的。 长期以来，人们根据对材料破坏现象的分析， 提出了各种各样的假说，认为材料的某一类型破 坏现象是由哪些因素所引起的，这种假说通常就 称为强度理论。 一种类型的破坏是脆性断裂破坏，第一、二强 度理论依据于它；
1 、第一强度理论（最大主应力理论）及相应 的强度条件 第一强度理论认为在三向应力中，若最大应 力小于许用应力，则安全。
其强度条件为：
pD 当 1 2S
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三、压力容器强度理论
2 、第二强度理论（最大线应变理论）及相应 的强度条件
第二强度理论认为在三向应力中，若最大 线应变小于许用应变，则安全。 其强度条件为：
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强度
把强度理论（公式(1)）具体应用到压力容器 专业，就称这为压力容器的强度理论， 它又增加了一些具体的规定和特殊要求，由 此产生了一系列容器的设计规定和标准等。
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强度
1、强度设计的任务： 内压容器的强度设计包含设备的壁厚设计 和在用设备的强度校核两方面。 1）设计型计算——根据给定的公称直径以及 设计压力和温度，设计出合适的壁厚，以保证 设备安全可靠。 2）校核型计算——根据已有的设备公称直径 以及工作压力和温度，判断设备的使用安全性。
强度
2 、内压薄壁圆筒与封头的强度计算公式，以壳体 无力矩理论为推导基础，其推导过程如下： 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。
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三、压力容器强度理论
3、第三强度理论（最大剪应力理论）及相应的强度条件
第三强度理论认为最大剪应力（ σ1－σ3 ）是引起材料 屈服破坏的主要因素。
其强度条件为：
当
pD pD 1 3 0 2S 2S
当
pD 2S
σ1 σ2 σ1 σ3 σ2 σ2
σ2
σ1 σ3 σ1 二项应力状态与三项应力状态
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二、强度设计的基本知识
① 根据应力状态确定主应力； ② 确定材料的许用应力。 对承受均匀内压的薄壁容器，其主应力为：
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pD 2S pD 4S
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三、压力容器强度理论
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三、压力容器强度理论
4、第四强度理论（形状改变比能理论）及相应强度条件 第四强度理论认为设备构件受外力产生弹性变形时，物 体内部也就积蓄了能量，即变形能。
单位变形体体积内所积蓄的变形能称为变形比能。当 构件变形比能达到材料的极限值时，会引起屈服破坏。
其相应的强度条件：
1 1 2 2 2 3 2 3 1 2 当 2
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强度
σ≤K„σ‟t 公式（1）
公式（1）中的右端项是强度控制指标，即材料的 许用应力。 它涉及到材料强度指标（如抗拉强度σb、屈服强 度σs 等）的确定及安全系数的选用等问题。
当采用常规设计法，且只考虑静载问题时，系数 K=1.0；如果考虑动载荷，或采用应力分析设计法， K≥1.0，此时设计计算将更加复杂。
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一、概述
压力容器设计中的关键问题是力学问题， 即强度、刚度及稳定性问题。 在本节中，主要讨论压力容器设计中的
有关强度问题。
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强度
强度：就是结构在外载荷作用下，会不会因应力过大而发 生破裂或者由于过度性变形而丧失其功用。 具体来讲，就是在外载荷作用下，容器结构内产生的应力 不大于材料的许用应力值，即： σ≤K„σ‟t 公式（1） 这个公式就是强度问题的基本表达式。压力容器的设计计 算就是围绕这一关系式而进行的。 公式 （1） 中的左端项是结构内的应力，它是我们最为关 心的问题。 求解结构的应力状态，是一个十分复杂的问题。
压力容器设计基础
内容
一、概述
二、强度设计的基本知识 三、压力容器强度理论 四、压力容器设计准则 五、压力容器设计基本内容 六、压力容器设计审核要点
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一、概述
压力容器的设计，就是根据给定的性能要求、 工艺参数和操作条件，确定容器的结构型式， 选择合适的材料，计算容器主要受压元件的尺 寸，最后给出容器及其零部件的图纸和计算书， 并提出相应的技术条件。 正确、完整的设计应达到保证完成工艺生产， 运行安全可靠，保证使用寿命、制造、检验检 测、安装、操作及维修方便易行，经济合理等 要求。
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强度
一点的应力状态最多可含有 6 个应力分量，哪 个应力起主要作用，对失效起什么作用，如何 控制才不致发生破坏，解决这一问题，就要选 择相应的强度理论计算当量应力，以便与单向 拉伸试验得到的许用应力相比较，将应力控制 在许可范围内。 对它们如何控制才不致发生破坏，解决这一问 题，就要选择相应的强度理论计算当量应力， 以便与单向拉伸试验得到的许用应力相比较， 将应力控制在许可的范围内。
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强度
常用的方法有解析法（如弹性力学法、弹塑性分 析法等）、试验法（如电阻应变计测量法、光弹 法、云纹法等）及数值解法（如有限元法、边界 元法等）。
应用这些方法可以精确或近似地求出结构的应力， 然而，每一种结构的应力都有其特殊性
目前可求解的只是问题的绝大部分，仍有许多复 杂结构的应力分析有待人们进一步探讨。
11
二、强度设计的基本知识
1、关于弹性失效的设计准则
设计压力容器时，为了保证结构安全可靠的
工作，必须留有一定的安全裕度，即强度安
全条件：
当
12
Βιβλιοθήκη Baidu0
n
二、强度设计的基本知识
2、强度理论及其相应的强度条件 借助于强度理论，将二向和三向应力状态转 换成单向拉伸应力状态的相当应力，同时须 解决两个问题：
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三、压力容器强度理论
适用性： 第一强度理论适用于脆性材料； 第二强度理论经试验验证不适于金属材料，一直没 有得到工程应用； 第三、第四强度理论适用于塑性材料。
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三、压力容器强度理论
强度理论及其应用 在对结构进行强度分析时，要对危险点处于 复杂应力状态的构件进行强度计算，首先要知道 是什么因素使材料发生某一类型破坏的。 长期以来，人们根据对材料破坏现象的分析， 提出了各种各样的假说，认为材料的某一类型破 坏现象是由哪些因素所引起的，这种假说通常就 称为强度理论。 一种类型的破坏是脆性断裂破坏，第一、二强 度理论依据于它；
1 、第一强度理论（最大主应力理论）及相应 的强度条件 第一强度理论认为在三向应力中，若最大应 力小于许用应力，则安全。
其强度条件为：
pD 当 1 2S
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三、压力容器强度理论
2 、第二强度理论（最大线应变理论）及相应 的强度条件
第二强度理论认为在三向应力中，若最大 线应变小于许用应变，则安全。 其强度条件为：
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强度
把强度理论（公式(1)）具体应用到压力容器 专业，就称这为压力容器的强度理论， 它又增加了一些具体的规定和特殊要求，由 此产生了一系列容器的设计规定和标准等。
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强度
1、强度设计的任务： 内压容器的强度设计包含设备的壁厚设计 和在用设备的强度校核两方面。 1）设计型计算——根据给定的公称直径以及 设计压力和温度，设计出合适的壁厚，以保证 设备安全可靠。 2）校核型计算——根据已有的设备公称直径 以及工作压力和温度，判断设备的使用安全性。