《化工机械设备基础》课程教学课件（PPT讲稿）第九章 内压薄壁圆筒和球壳的设计

第九章内压薄壁圆筒和球壳的设计 教学重点： 内压薄壁圆简的厚度计算 教学难点： 厚度的概念和设计参数的确定

1 第九章 内压薄壁圆筒和球壳的设计 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

第一节概述 压力容器中强度设计的任务 在压力容器的设计中，一般都是根据工艺要求 先确定内内径。 强度设计的任务就是根据给定的内径、设计压 力、 [设计蕰度及个质痺性等暴件，设计合 ■■ 的厚章，艺保征设备能茬规定的使角寿命丙 安全可靠的运行。 压力容器强度计算的丰要内容是新容器的强度 设讦及在用容器的强度校核。 2

2 压力容器中强度设计的任务 • 在压力容器的设计中，一般都是根据工艺要求 先确定内内径。 • 强度设计的任务就是根据给定的内径、设计压 力、设计温度及介质腐蚀性等条件，设计出合 理的厚度，以保证设备能在规定的使用寿命内 安全可靠的运行。 • 压力容器强度计算的主要内容是新容器的强度 设计及在用容器的强度校核。 第一节 概述

新的压力容器的设计内容 ·确定设计参数P、6D、C 。选择使用材料。 ·确定容器的结构形式。 ·计算筒体与封头的厚度。 。选取标准件。 ·绘制设备图纸。 3

3 新的压力容器的设计内容 • 确定设计参数 • 选择使用材料。 • 确定容器的结构形式。 • 计算筒体与封头的厚度。 • 选取标准件。 • 绘制设备图纸。 P、、D、、C

压力容器强度校核的意义 o≤[o] ·判定在下一个检验周期内或在剩余寿命期间内， 容器是否还能在原设计条件下使用。 ·当容器已被判定不能在原设计条件下使用是，应 通过强度计算，提出容器监控使用的条件。 ·当容器针对某一使用条件需要判废时，应提出判 废依据。 4

4 压力容器强度校核的意义 • 判定在下一个检验周期内或在剩余寿命期间内， 容器是否还能在原设计条件下使用。 • 当容器已被判定不能在原设计条件下使用是，应 通过强度计算，提出容器监控使用的条件。 • 当容器针对某一使用条件需要判废时，应提出判 废依据。   [ ]

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，考虑腐烛等实际因素导 出具体的计算公式。 5

5 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。 内压薄壁圆筒与封头的强度设计公式推导过程

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。 6

6 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。 关于弹性失效的设计准则 1、弹性失效理论  当   s

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 ≤ [o] n 0当 相当应力，MPa,可由强度理论确定 GO 极限应力，MPa,可由简单拉伸试验确定 n 安全裕度 [σ] 许用应力，MPa 7

7 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 n 0   当  =  0  —极限应力（由简单拉伸试验确定） n —安全系数   —许用应力  当 —相当应力，由强度理论来确定。 0   当 n [ ] —— 相当应力，MPa，可由强度理论确定 —— 极限应力，MPa，可由简单拉伸试验确定 —— 安全裕度 —— 许用应力,MPa 2、强度安全条件

四种强度理论的相当应力 C,l =01 02=01-4(02+03） 3=O1-O3 2a-o+(o,-o,P+(a,-o月

8 四种强度理论的相当应力  r1 =  1 ( )  r 2 =  1 −   2 + 3  r 3 =  1 − 3   2 3 1 2 2 3 2 4 1 2 ( ) ( ) ( ) 2 1  r =  − +  − +  −

第二节内压薄壁圆筒和球壳强度计算 一、内压薄壁圆筒的应力状态 1=0g 26 pD 02=Om 3=0 48 3=0=0 应力状态 径向应力 9

9 4 2    pD = m = 2 1     pD = =  3 = r = 0 径向应力 第二节 内压薄壁圆筒和球壳强度计算 一、内压薄壁圆筒的应力状态 应力状态  1  3 = 0  1  2  2

2、常用强度理论 第一强度理论 0当 =01 (最大主应力理论) 2δ 强度条件 PD ≤[o] 适用于 26 脆性材料 第三强度理论 6当 =01-03= (最大剪应力理论) 26 强度条件 PD 6当 28 ≤[o] 适用于 塑性材料 10

10 第一强度理论 （最大主应力理论） 第三强度理论 （最大剪应力理论） 2 1    I pD 当 = = 强度条件 [ ] 2    =  I pD 当 2 1 3     III pD 当 = − = 强度条件 [ ] 2    =  III pD 当 适用于 脆性材料 适用于 塑性材料 2、常用强度理论