第章壓力容器中的薄膜應(yīng)力青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

第9章壓力容器中的薄膜應(yīng)力本章重點(diǎn)內(nèi)容及對(duì)學(xué)生的要求：（1）壓力容器的定義、結(jié)構(gòu)與分類(lèi)；（2）理解回轉(zhuǎn)薄殼相關(guān)的幾何概念、第一、二主曲率半徑、平行圓半徑等基本概念。（3）掌握回轉(zhuǎn)殼體薄膜應(yīng)力的特點(diǎn)及計(jì)算公式。第一節(jié)壓力容器概述1、容器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，容器一般是由筒體（殼體）、封頭（端蓋）、法蘭、支座、接管及人孔（手孔）視鏡等組成，統(tǒng)稱(chēng)為化工設(shè)備通用零部件。圖1容器的結(jié)構(gòu)示意圖2、壓力容器的分類(lèi)壓力容器的使用范圍廣、數(shù)量多、工作條件復(fù)雜，發(fā)生事故的危害性程度各不相同。壓力容器的分類(lèi)也有很多種，一般是按照壓力、壁厚、形狀或者在生產(chǎn)中的作用等進(jìn)行分類(lèi)。本節(jié)主要介紹以下幾種：eq\o\ac(○,1)按照在生產(chǎn)工藝中的作用反應(yīng)容器（R）：主要用來(lái)完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)，利用制藥中的攪拌反應(yīng)器，化肥廠中氨合成塔，。換熱容器（E）：用于完成介質(zhì)的熱量交換的壓力容器，例如換熱器、蒸發(fā)器和加熱器。分離壓力容器（S）：完成介質(zhì)流體壓力緩沖和氣體凈化分離的壓力容器，例如分離器、干燥塔、過(guò)濾器等；儲(chǔ)存壓力容器（C，球罐代號(hào)為B）：用于儲(chǔ)存和盛裝氣體、液體或者液化氣等介質(zhì)，如液氨儲(chǔ)罐、液化石油氣儲(chǔ)罐等。eq\o\ac(○,2)按照壓力分尿外壓挪容器既：酷容器款內(nèi)的栗壓力勾小于蠅外界眨的壓鞋力，以當(dāng)容雨器的鍛內(nèi)壓罪力小率于一嚼個(gè)絕腹對(duì)大脆氣壓登時(shí)，耀稱(chēng)之礎(chǔ)為真壞空容跟器。渴內(nèi)壓靠容器之：堂容器挪內(nèi)的島壓力蹄大于嗎外界趣的壓例力。羽淚唇低壓轉(zhuǎn)容器伴（L臺(tái)）：略；桃深俊中壓疼容器椒（M最）：腐見(jiàn)楊高壓謀容器把（H籠）：截超高駕壓容己器（困U）董：eq\o\ac(○,感3水)墾《壓借力容浴器安聾全監(jiān)風(fēng)察規(guī)搶程》歪一類(lèi)撿容器遠(yuǎn)：湖有下些列情勝?zèng)r之艘一的駐A詠非般易燃遇或無(wú)毯毒介堪質(zhì)的圾低壓統(tǒng)容器妄；過(guò)B些易燃探或有萍毒介核質(zhì)的妄低壓甲分離襪容器址和換疫熱容慚器；癥二類(lèi)哨容器求：慶有下誘列情距況之舉一的慣逝悔A劇扁毒介狗質(zhì)的凱低壓占容器植；森棉委B林易燃匆或者謹(jǐn)有毒返介質(zhì)著的低套壓反發(fā)應(yīng)容倡器和吩?xún)?chǔ)運(yùn)掃容器走；裳墊攤C蟲(chóng)中壓悔容器嗽；判D裙內(nèi)徑伐小于弄1m潔的低撒壓廢己熱鍋啞爐毅三類(lèi)擇容器仙：嬌有下蹄列情易況之甘一的撓瑞A渾高壓醫(yī)、超扒高壓擋容器歪；找掘B呀劇毒懸介質(zhì)竹，且露最高摸工作杜壓力濫與容申積的部乘積箏枯C冷易敬燃或托者有誤毒介收質(zhì)且沫的中慚壓反瞎應(yīng)容怖器；偶或者劉的中奸壓儲(chǔ)畝運(yùn)容海器；謝努D器中壓膠廢熱賴(lài)鍋爐例或內(nèi)瓦徑大本于縫1m候的低歸壓廢貢熱鍋要爐。勻3、玻壓力雨容器汽設(shè)計(jì)出的基幟本要權(quán)求裂壓力徐容器吉應(yīng)述首先屈滿足秒設(shè)備莊的工公藝尺淺寸裙，能玻在指灣定的奏操作渴條件飯下如群壓力煩、溫型度等禾完成奉指定裝的生園產(chǎn)任檔務(wù)并阻保證功產(chǎn)品會(huì)的質(zhì)缸量。械在工并藝尺府寸確橡定后吉，進(jìn)墨行結(jié)印構(gòu)和縣零部擠件設(shè)廈計(jì)，辛需要浴滿足船以下閑的要趨求。eq\o\ac(○,暖1貫)害強(qiáng)度璃構(gòu)件元抵抗勉破壞殿的能凍力。拳為了笨保證吵生產(chǎn)用安全襖和正場(chǎng)常工完作，史設(shè)備蜻必須得滿足奧所有儉零部宿件的航強(qiáng)度腐需要平。例須如提慧升重?zé)o物的洋鋼絲邪繩，納不允友許被忽重物式拉斷灶。但膽在設(shè)企計(jì)中某，為若了保席證強(qiáng)廉度而喘盲目戶的加絡(luò)大結(jié)狐構(gòu)尺肯寸是韻不合塌理的看，因好為會(huì)跪造成歌材料閣的極酸大浪慕費(fèi)，然增加棋運(yùn)輸筍及安所裝費(fèi)榮用。還殼體野與部麥件的蒜等強(qiáng)形度設(shè)寫(xiě)計(jì)是眠合理糟發(fā)揮放材料筍潛力牲的好稻方法富（如呀精餾望塔的怪變徑耽設(shè)計(jì)油）。屋在容藥器上囑設(shè)計(jì)并強(qiáng)度猜脆弱淋部件躁，當(dāng)亭設(shè)備奪承受臂的載必荷超掀載時(shí)圾，使家其首注先破創(chuàng)壞以錘保護(hù)留設(shè)備赤主體漿不受額損害察是生銷(xiāo)產(chǎn)過(guò)搏程中牛的安均全措騾施。eq\o\ac(○,盤(pán)2別)習(xí)剛度乎即接構(gòu)件植在外黨力作儀用下橋保持薯原有有形狀山的能素力。利對(duì)于洗薄壁育容器慧來(lái)說(shuō)產(chǎn)，規(guī)貪定它援的最喘小壁觸厚值栽是為蠶了保笨證在職運(yùn)輸商及安半裝施保工時(shí)患不致兵發(fā)生薄過(guò)大眼的扭座曲變悔形。途規(guī)定歐塔盤(pán)玩的厚芬度不牢小于匙3m壞m些，是骨防止劣塔盤(pán)斧的撓雨度過(guò)壇大以再致產(chǎn)構(gòu)生液請(qǐng)層厚玩度較劣大偏專(zhuān)差，率是為命了通蜂過(guò)液販層的油氣液聚不致平分布忌不均陸勻，精影響查塔盤(pán)系分離周效率纏。上輕?；T工廠族的法鈴蘭翹科曲變首形，晶主要宣是螺卵拴和挖法蘭裹的剛鞏度不哨相匹稅配而淺引起喂的。襲（3企）穩(wěn)表定性誘指的倦是設(shè)工備維暴持其待原有沾的平揚(yáng)衡形汽式?？?dāng)化副工容本器承炒受外他壓力趣作用刮，如乏真空疊裝置饅，必瀉須滿柿足穩(wěn)歌定要挽求，被不致涂在操顯作過(guò)犬程中慨被壓霉癟，戶失去創(chuàng)工作擔(dān)能力閃。啦（4就）耐洲久性勿耐位久性愚根據(jù)聾要求捆的使探用年壟限來(lái)符確定衣。一安般要薪求使灣用年繭限為首10補(bǔ)～1作2年身。與激其他樸機(jī)器仰類(lèi)產(chǎn)果品相錫比，渣機(jī)器誰(shuí)的壽緩命決傳定主映要機(jī)塑件的羅磨損葉，而滋容器欲及設(shè)于備則杏決定忘于操明作介伍質(zhì)與俯周?chē)鷺迎h(huán)境膚對(duì)其欣腐蝕蜻情況夢(mèng)，在貴某些患情況憂下，暈如果尤受交父變載酒荷或庭高溫閣時(shí)，駛應(yīng)考童慮設(shè)博備的苗疲勞俯破壞比及蠕抽變。伐根據(jù)右所要鴿求的疼使用歇年限課和腐掩蝕情地況，方正確賀選用臥結(jié)構(gòu)截材料植是保劍證設(shè)驕備耐臂久性掃的重找要措榮施。越（5監(jiān)）密剖封性津容片器及醋設(shè)備窄的密謊封性啟能是她使其器安全賣(mài)、可潮靠操線作的再重要吸措施制。石祖油、膊化工京產(chǎn)品口的生醒產(chǎn)過(guò)團(tuán)程中薯，所猴處理初物料錄具有枝易燃傍、易焰爆、載有毒最的特帆征。桐若密廚封性費(fèi)能得料不到濫保證粉，使密物料似泄漏棒出來(lái)謊，不書(shū)僅在煌生產(chǎn)昌中造唉成損私失，壩而且匪會(huì)造筑成燃畜燒、仇爆炸城、操指作人姥員中吸毒的沉惡性掛事故控。平（6郵）制宋造工蒸藝貞應(yīng)在課結(jié)構(gòu)脂上保哲證最知小的監(jiān)材料助消耗為，尤購(gòu)其是麥貴重掠材料拾的消懸耗。妹在結(jié)哪構(gòu)設(shè)噸計(jì)時(shí)瀉應(yīng)使慶其便早于加大工、寨保證朽制造腹質(zhì)量辯。應(yīng)怨盡力燦避免倉(cāng)復(fù)雜稀的加寬工工頓序，吹盡可放能的貧減少削加工排量。汁設(shè)計(jì)嚇時(shí)應(yīng)壽采用墾標(biāo)準(zhǔn)抬設(shè)計(jì)溝和標(biāo)告準(zhǔn)零臨件和弱部件刊。零濃部件乖的標(biāo)街準(zhǔn)化鋤是適透應(yīng)容暢器及詢(xún)?cè)O(shè)備修生產(chǎn)洗特點(diǎn)饑、提腔高零揪部件揉互換葵能力蔑、降管低設(shè)潔備成純本的滑一個(gè)罩重要慚途徑燃。題（7騎）運(yùn)眾輸、冬安裝吸與維脂修劣設(shè)備眠及容臣器的鉗自動(dòng)吸化控巖制雖軌能簡(jiǎn)姑化了才操作具過(guò)程柔，但湊將增叫加投后資，者需要降細(xì)致輪的核灑算經(jīng)共濟(jì)效膚益方麥能進(jìn)榆行確毀定。倉(cāng)設(shè)計(jì)貓的合葛理結(jié)耀構(gòu)還性應(yīng)考靠慮安蓋裝維扎修方孤便，哭例如詢(xún)，人健孔的潤(rùn)尺寸卸不能牢太小烘。設(shè)乞備尺從寸和搖形狀紛還要瞧考慮扭整體齒運(yùn)輸漫的可歌能性薦，應(yīng)撈滿足賊鐵路勞、公仍路、銀水路賽上的款橋梁亂和涵俱洞的漠可能遇允許委的最米大尺間寸，環(huán)例如事，高棒度、由寬度云、長(zhǎng)史度、煮質(zhì)量顫等。裳第二水節(jié)鈴回轉(zhuǎn)礙薄殼紀(jì)及其借薄膜尼應(yīng)力姿分析寬1烘、按回轉(zhuǎn)包薄殼爭(zhēng)的幾倍何概任念書(shū)（1翠）矛旋轉(zhuǎn)鑼殼體注旋轉(zhuǎn)壞殼體月指以呆任意樹(shù)直線暫或平供面曲膚線作稼母線臉，繞筑其同私平面修內(nèi)的洪軸線沃旋轉(zhuǎn)騎一周卡而成權(quán)的旋濟(jì)轉(zhuǎn)曲慚面。連平面污曲線探的不役同，功得到朗的回比轉(zhuǎn)殼咽體的蟻形狀蔥也不嬌同。釘例如采：與尼軸線鍛平行呆的直弟線繞焦軸旋哈轉(zhuǎn)形拌成圓勉柱殼迎；控與軸您線相汽交的遭直線執(zhí)繞軸脂旋轉(zhuǎn)戀形成迎圓錐澆殼；章半圓談形曲碗線繞督軸旋林轉(zhuǎn)形枯成球莖殼。噴中間寄面和決殼體寶壁厚峽的概頸念。賢圖2暫不績(jī)同形中狀的俘回轉(zhuǎn)瓦殼體王（幻緣燈片柱或者慮教材朱）飼（2踩）閣薄壁剪容器散根據(jù)星容器折的外禽徑D纖0盯和內(nèi)議徑D瓜i集的比痛值K城進(jìn)行場(chǎng)劃分積：eq\o\ac(○,瘦1存)膛厚壁抵容器撤K扛>1佛.2雖；eq\o\ac(○,敵2叔)咸薄壁夢(mèng)容器輝K河1.升2；昆中低反壓容堂器屬端于薄賢壁容蹄器，固以下同主要己討論告薄壁美容器侵的強(qiáng)寫(xiě)度計(jì)露算。段（3姻）船回轉(zhuǎn)怠曲面賠上的太曲率告半徑百圖烘3偶一捐般回欄轉(zhuǎn)殼臘體（柔幻燈視片或沫者教剝材）冊(cè)縱截盯面與貸第一清曲率昌半徑乒如上邊圖所誘示，靠過(guò)C恥點(diǎn)和拋OO幸’效軸作捆平面架，該練平面顏與回只轉(zhuǎn)曲虛面的其相交對(duì)線稱(chēng)噴為經(jīng)商線，達(dá)經(jīng)線辮所在往的平棍面稱(chēng)挨之為付縱截位面，肥其位較置由嚇?biāo)c群母線直平面緒的夾抗角確菊定拐。麗經(jīng)線夜上的誓C點(diǎn)金的曲趟率中倘心耀K害1畫(huà)必在殖過(guò)C鑼點(diǎn)的廊法線評(píng)上，車(chē)CK鵝1叛即為辱C點(diǎn)坊的第箭一曲板率半民徑，晚；雄橫截欲面羽后亡過(guò)C墨點(diǎn)作志和O袍O層’棵軸相娛垂直梯的平劇面，方該平騰面與賭回轉(zhuǎn)叛曲面都的交斯線是蛛一個(gè)跟圓，屑稱(chēng)之愛(ài)為平砌行圓宮，際平行毯圓所僑在的儲(chǔ)截徹面為嬸橫截約面。隨錐截祝面和肺第二豎曲率騎半徑兵過(guò)C瓜點(diǎn)駁作和唐與經(jīng)發(fā)線不O辭B在腦C點(diǎn)臭的切秀線相待垂直捧的平渣面棟，匆該平她面和奶回轉(zhuǎn)也曲面財(cái)相交選又得戲到平礙面曲低線，佩這條憂曲線緣上C肉點(diǎn)的肉曲率熟中心默必在剃過(guò)C瓜點(diǎn)的火法線闖上，待K議2搬又必使在O謠O孫’植軸上誰(shuí)，則價(jià)CK襯2農(nóng)即為覆C點(diǎn)墳的第經(jīng)二曲晚率半抱徑，歪。eq\o\ac(○,完1殃)初錐截喬面和牌回轉(zhuǎn)虛曲面和的交忘線為姨一個(gè)典圓，貼稱(chēng)為芹回轉(zhuǎn)蕩曲面苗的緯泛線；eq\o\ac(○,條2配)偵同一非點(diǎn)的分緯線夕和平浮行圓作相互蠻重合翠；eq\o\ac(○,聚3鈴)合錐截?fù)裘娼責(zé)龅穆故菤さ伢w的谷真實(shí)林壁厚賢。名2、突回轉(zhuǎn)裕薄殼航的薄雄膜應(yīng)蛛力分延析支研究旬的殼濱體壁廟厚較舅薄，睬且不點(diǎn)考慮稅殼體槳與其見(jiàn)他零尖部件再連接除處的探局部螺應(yīng)力慘，可六以認(rèn)戀為徑乓向應(yīng)沙力和專(zhuān)環(huán)向有應(yīng)力震沿壁樓厚均蝶勻分漆布，撫此時(shí)叮應(yīng)力潤(rùn)狀態(tài)徑和承溝受內(nèi)只壓的烈薄膜血相似招。又饑稱(chēng)薄探膜理衡論厘。郊圖4嘆回注轉(zhuǎn)薄含殼上揮的徑仆向薄陪膜應(yīng)爺力善（1衛(wèi)）基禿本假儲(chǔ)設(shè)秒（滋此部歉分選羽講鏡）稼假定絡(luò)殼體勻材料杰有連租續(xù)性謝、均淘勻性嗚和各察向同磚性，租即殼疲體是加完全旗彈性鍬的。脹小位辦移假摩設(shè)削各點(diǎn)引位移搬都遠(yuǎn)找小于鐮厚度貞?？珊糜米儔坌吻懊渤叽鐡Q代替憂變形滔后尺棗寸?？米冃魏狗治雠_(tái)中高敵階微搏量可寫(xiě)忽略朝。售直線顫法假仙設(shè)翻變形響前垂放直于瑞中面啊直線丹段，康變形活后仍水是直到線并擾垂直烈于變至形后部的中濫面。畜變形膝前后肺法向計(jì)線段蹄長(zhǎng)度離不變舞。沿孔厚度冒各點(diǎn)珠法向閥位移陽(yáng)相同務(wù)，厚壞度不怠變。濤不擠蘇壓假降設(shè)散各層伶纖維辮變形衛(wèi)前后育互不社擠壓偷。繡（2親）牛徑向隙應(yīng)力版分析若（怪推導(dǎo)瞎過(guò)程捕根據(jù)太課時(shí)逮可以早機(jī)動(dòng)材掌握沈）挽（區(qū)滅域平犁衡方酸程）同（1販）袖（3杯）環(huán)凝向應(yīng)既力分豪析肺圖式5單惠元體牌的置截取浴與各矮截面里上的冤內(nèi)力浴（齒微分雙平衡棗方程遍，拉澇普拉得斯方斯程排）愚健頸恥前普臘嫂殿追（2曠）拉第典三仗節(jié)智薄膜崗應(yīng)力率理論袋分析賀1、帶圓筒頸形殼左體杜第一音曲率廉半徑避=歪∞易，第裂二曲尚率半勿徑曠=D腹/2術(shù)，代堅(jiān)入方楚程（織1）夸與（酷2）勸得：，逃圖6祥圓面筒形經(jīng)殼體禍上的津薄膜筐應(yīng)力匆2、吩球殼暈對(duì)于殖球殼憂，疲=綠=D稅/2打，代紗入方焦程（藥1）很與（耐2）隆得：粘直徑陜與內(nèi)驢壓相光同，秤球殼穩(wěn)內(nèi)應(yīng)背力僅故是圓拿筒形喝殼體境環(huán)向撞應(yīng)力寒的一賭半，砍即球它形殼轟體的韻厚度聰僅需凱圓筒峰容器討厚度創(chuàng)的一腸半。勇當(dāng)際容器墓容積擇相同橋時(shí)，希球表壇面積趙最小杠，故我大型投貯罐煙制成牢球形咽較為染經(jīng)濟(jì)殊。涉3、悼錐形味殼闊及圓圖錐形漸殼半蝶錐角查為莊a嶺，A肌點(diǎn)處綱半徑燈為r皂，厚廟度為督d，透則在輔A點(diǎn)于處：竟，廢代入捏方程違（1簡(jiǎn)）與救（2哭）背得：變圖7私錐物形殼向體錐轎截面君上的赤薄膜拳應(yīng)力，納錐形宿殼體近環(huán)向碗應(yīng)力史是經(jīng)璃向應(yīng)面力兩犬倍，兄隨半讀錐角磨a的氣增大孤而增家大；搭半錐勾角寇要選付擇合啞適，嫂不宜箭太大割。逝在錐受形殼偽體大互端r坡=R坦時(shí)，詞應(yīng)力示最大愿，在爆錐頂上處，笨應(yīng)力舅為零乏。因懼此，百一般折在錐機(jī)頂開(kāi)輩孔。睜4、場(chǎng)橢圓鏡形殼村體律（1療）蘿橢圓液形殼析體薄的膜應(yīng)板力計(jì)避算方在程灑橢圓繩殼經(jīng)璃線為戀一橢廉圓，刺；著a、奇b分睛別為舊橢圓迅的長(zhǎng)挨短軸辯半徑林。莊由此野方程駁可得傲第一衰曲率姿半徑夕為：宗符青潮費(fèi)誼性歲央弦扇雄（街3）雪搞垃啟硬港倉(cāng)棒浴轎月狼肝房教炊（4得）潛代入頭方程帝（1坡）與捆（2所）中鮮：遷其薄維膜應(yīng)卻力的太分布駁情況弊如圖命8所絹示罰?？驁D涌8橢繡圓形祖殼體扮的游薄膜鈴應(yīng)力毅分布膜圖識(shí)圖破9值半川橢圓向母線劣（2辣）標(biāo)毛準(zhǔn)橢編圓封篩頭的丘薄膜搬應(yīng)力怒化工爹常用灶標(biāo)準(zhǔn)亞橢圓吹形封套頭，裹a/符b=靈2好，故禾有：笛在橢坡圓封藍(lán)頭的桑頂點(diǎn)弟處：念在赤哈道處豐：齒其薄印膜應(yīng)昌力的混分布蔑特點(diǎn)堂為：綱頂點(diǎn)塔應(yīng)力竄最大么，經(jīng)童向應(yīng)湯力與莊環(huán)向段應(yīng)力焰是相送等的金拉應(yīng)醬力。毒頂慕點(diǎn)的苗經(jīng)向茫應(yīng)力恒比邊詞緣處爛的經(jīng)妹向應(yīng)震力大沙一倍動(dòng)；買(mǎi)頂點(diǎn)謠處的礦環(huán)向芹應(yīng)力杜和邊涂緣處制相等掌但符例號(hào)相總反。補(bǔ)應(yīng)鴿力值壇連續(xù)毛變化販。物5、革計(jì)算確實(shí)例脈例題求1：堂有一清外徑困為謀21討9m蜻m順的氧棉氣瓶柴，最測(cè)小厚剩度為雀6.柿5m嚼m(xù)騾，材雕料為叉40競(jìng)Mn傍2A挖，工肺