《容器應(yīng)力理論》PPT課件.ppt

1、第三章 水工藝設(shè)備理論基礎(chǔ),主要內(nèi)容 一、容器應(yīng)力理論 二、機(jī)械傳動(dòng)理論 三、機(jī)械制造工藝 四、熱量傳遞與交換理論,3.1 容器應(yīng)力理論,3.3.1 容器概述 一、容器概念 容器是設(shè)備外部殼體的總稱。 在這些設(shè)備中，有的用來貯存物料，例如各種貯罐、水槽、泥槽；有的進(jìn)行反應(yīng)過程，例如各種床式反應(yīng)器、離子交換柱、吸附塔。水工藝中使用的容器壁厚t與曲率半徑R之比一般小于1/10，稱作薄壁容器。即 二、容器的分類 容器根據(jù)其形狀、承壓、材質(zhì)、內(nèi)部構(gòu)造可分成不同的類型 （1）按容器形狀分為 方形或矩形容器由平板焊成 特點(diǎn)：制造簡(jiǎn)單，便于布置和分格，但承壓能力差 適用范圍：故只用于小型常壓設(shè)備。,3.1

2、容器應(yīng)力理論, 球形容器由數(shù)塊球瓣板拼焊而成(類似籃球) 特點(diǎn)：承壓能力好且相同表面積時(shí)容器容積最大，但制作麻煩且不便于安置內(nèi)部構(gòu)件 適用范圍：一般只用于承壓的貯罐。 圓筒形容器由圓柱形筒體和各種形狀的封頭組成 特點(diǎn)：制造較為容易，便于安裝各種內(nèi)部構(gòu)件，且承壓性能較好。 適用范圍：各種儲(chǔ)罐，在水工藝中應(yīng)用最為廣泛(后面主要以圓筒容器為例講)。 （2）按容器承壓情況分為 常壓容器：容器僅承受容器內(nèi)介質(zhì)的靜壓力，一般為開口容器。 內(nèi)壓容器：容器內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓力的容器。 按介質(zhì)工作壓力Pw 的大小，內(nèi)壓容器可分為低壓（0.11.6MPa ）、中壓（10100MPa）和高壓容器（100MPa）

3、。 水工藝設(shè)備中，內(nèi)壓容器應(yīng)用較多，但一般屬于低、中壓容器。內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)時(shí)考慮的是強(qiáng)度問題,3.1 容器應(yīng)力理論,外壓容器：容器內(nèi)介質(zhì)壓力小于外界壓力的容器。 外壓容器設(shè)計(jì)時(shí)主要應(yīng)考慮穩(wěn)定問題。（變形） （3）按容器組成材料分為 金屬容器 非金屬容器 （4）按容器內(nèi)有無填料分為 無填料容器 填料容器 (本章中僅討論水工藝中使用最多的鋼制內(nèi)壓容器。) 三、容器結(jié)構(gòu)(以圓筒形容器為例) 容器一般由筒體（又稱筒身）、封頭（又稱端蓋）、法蘭、支座、進(jìn)出管及人孔（或手孔）視鏡等組成（如圖所示）。下面主要講的是有關(guān)中、低壓容器的筒體、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算的基本知識(shí)。,3.1 容器應(yīng)力理論,圓筒形容器結(jié)構(gòu),3.1

4、 容器應(yīng)力理論,四、容器設(shè)計(jì)的基本要求 （1）工藝要求 容器的總體尺寸、接口管的數(shù)目與位置、介質(zhì)的工作壓力Pw、填料的種類、規(guī)格、厚度等一般是根據(jù)工藝生產(chǎn)的要求通過工藝設(shè)計(jì)算及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)決定。 （2）機(jī)械設(shè)計(jì)的要求 強(qiáng)度 強(qiáng)度是容器抵抗外力而不破壞的能力。 剛度 剛度是容器抵抗外力使其不發(fā)生不允許變形的能力。 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是容器或容器構(gòu)件在外力作用下維持其原有形狀的能力。以防止在外力作用下容器被壓癟或出現(xiàn)折皺。 嚴(yán)密性 容器必須具有足夠的嚴(yán)密性，特別是承壓容器和貯存、處理有毒介質(zhì)的容器應(yīng)具有良好嚴(yán)密性。 抗腐蝕性和抗沖刷性 容器的材料及其構(gòu)件和填充的填料要能有效的抵抗介質(zhì)的腐蝕和水流的沖刷，以

5、保持容器具有較長(zhǎng)的使用年限,3.1 容器應(yīng)力理論,經(jīng)濟(jì)方面的要求 在保證容器和工藝要求和機(jī)械設(shè)計(jì)的要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)選擇較為便宜的材料以降低制作成本。 制作、安裝、運(yùn)輸及維修均應(yīng)方便。 3.1.2 回轉(zhuǎn)曲面與回轉(zhuǎn)薄殼 1、回轉(zhuǎn)曲面 以一條直線或平面曲線作母線，繞其同平面的軸線（即回轉(zhuǎn)軸）旋轉(zhuǎn)一周就形成了回轉(zhuǎn)曲面。 2、回轉(zhuǎn)薄殼 以回轉(zhuǎn)曲面作為中間面的殼體稱作回轉(zhuǎn)殼體。內(nèi)外表面之間的法向距離稱為殼體厚度。對(duì)于薄殼，常用中間面來代替殼體的幾何特性。 3、經(jīng)線 如圖示，在曲面上取一點(diǎn)C，過C點(diǎn)和回轉(zhuǎn)軸OO作一平面，該平面與回轉(zhuǎn)曲面的交線OB稱作曲面的經(jīng)線,3.1 容器應(yīng)力理論,4、緯線 過C點(diǎn)作與OO

6、軸垂直的平面，該平面與回轉(zhuǎn)曲面的交線為一個(gè)圓，稱為回轉(zhuǎn)曲面的平行圓，平行圓就是回轉(zhuǎn)曲面的緯線。平行圓的圓心K3必在軸OO上，平行圓的半徑CK3用r表示。 5、第一曲率半徑 過C點(diǎn)作經(jīng)線的法線CN，CN線上必有C點(diǎn)的曲率中心K1點(diǎn)，CK1是經(jīng)線上C點(diǎn)的曲率半徑，用1表示，稱C點(diǎn)的第一曲率半徑。 6、第二曲率半徑 過C點(diǎn)再作一個(gè)與經(jīng)線OB在C點(diǎn)的切線相垂直的平面，該平面與回轉(zhuǎn)曲面的交線為一條平面曲線，可以證明該曲線在C點(diǎn)的曲率中心K2必定在OO軸上，CK2稱作點(diǎn)的第二曲率半徑，用2表示。,3.1 容器應(yīng)力理論,(a),(b),(d),(c),dQ2r p dL cos,dQ2rpdr,Q2rc m

7、 sin=,3.1 容器應(yīng)力理論,3.1.3回轉(zhuǎn)薄殼的薄膜應(yīng)力 回轉(zhuǎn)薄殼承受內(nèi)壓后，在經(jīng)線方向和緯線方向都要產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形，所以，在經(jīng)線方向?qū)?huì)產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力m，在緯線方向會(huì)產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力m 。由于軸對(duì)稱，故同一緯線上各點(diǎn)的經(jīng)向應(yīng)力m 和環(huán)向應(yīng)力m 均相等。由于我們涉及的殼體為薄殼，可以認(rèn)為m 和m 在殼壁厚度上均勻分布。 （1）經(jīng)向薄膜應(yīng)力-（殼體平衡方程） 用一個(gè)與回轉(zhuǎn)殼體中間面正交的圓錘面切割一承受內(nèi)壓的殼體，取截面以下的分離體進(jìn)行研究。該分離體上作用著介質(zhì)的內(nèi)壓力p和經(jīng)向應(yīng)力m（圖b、c），二者在軸方向應(yīng)互相平衡（即作用力和反作用力的關(guān)系）。從這種觀點(diǎn)出發(fā)，推導(dǎo)出計(jì)算經(jīng)向應(yīng)力m的公式。 在分

8、離體COC1取一寬度為dL的環(huán)帶（圖b），其上作用的氣體壓力在軸線方向的合力是dQ，其值為 dQ2r p dL cos,3.1 容器應(yīng)力理論,從圖d可推出 ，所以dQ2rpdr 則作用在殼體COC1上的氣體壓力沿軸線上的合力Q為 式中rc為處同心圓的半徑，而 為此同心圓的面積?？梢钥闯龅拇笮≈慌c介質(zhì)壓強(qiáng)p和截取處的橫截面的面積有關(guān)，而與分離體的表面形狀無關(guān)。（p為常數(shù)時(shí)，相當(dāng)于作用在垂直投影面上） 經(jīng)向應(yīng)力在軸線方向的合力Q為 Q2rc m sin= 由于Q = Q,可解得： 從圖c可以看出：,3.1 容器應(yīng)力理論,由此可得： 式中：p-介質(zhì)內(nèi)壓力，MPa； 2-殼體中間面在計(jì)算點(diǎn)處的第二曲率

9、半徑，mm； -殼體壁厚，mm。 此式稱作殼體平衡方程。,單元體截取及各截面上的應(yīng)力,m和在法線上的分量,p dl1 dl2=2 Qm sin +2 Q sin,3.1 容器應(yīng)力理論,（2）環(huán)向薄膜應(yīng)力(微體平衡方程又稱拉普拉斯方程） 在殼體上用兩對(duì)截面和殼體的內(nèi)外表面截取一小單元體，如圖示。這兩對(duì)截面一是相鄰的夾角為d的徑線平面；二是兩個(gè)相鄰的與殼體中面正交且夾角為d的錐面。考察小單元體abcd的力平衡，從而找出環(huán)向應(yīng)力與經(jīng)向應(yīng)力m和殼體所受內(nèi)壓力之間的關(guān)系。 由于小單元體很小，可以認(rèn)為ab和cd面上的環(huán)向應(yīng)力和bc和ad面上經(jīng)向應(yīng)力m均是勻布的。設(shè)ab=cd=dl1；bc=ad=dl2，殼

10、體厚度為。 在小單元體的法線方向上作用著介質(zhì)的內(nèi)壓力p，其合力p的值為 P=p dl1 dl2 在bc和ad面上的經(jīng)向應(yīng)力m，其合力值Qm為 Qm=m dl2 在ab和cd面上作用著環(huán)向應(yīng)力，其合力值Q為 Q= dl1,3.1 容器應(yīng)力理論,內(nèi)壓力p、經(jīng)向應(yīng)力m和環(huán)向應(yīng)力的作用方向見圖。小單元體在其法線方向上受力是平衡的，據(jù)此可得出 p dl1 dl2=2 Qm sin +2 Q sin 將Qm=m dl2 ，Q= dl1代入，并考慮d和d均很小， , 上式變?yōu)?p dl1 dl2=2m dl2 +2 dl2 經(jīng)整理簡(jiǎn)化后可得 又因?yàn)?則： 這個(gè)公式稱作微體平衡方程（又稱拉普拉斯方程）。,3.

11、1 容器應(yīng)力理論,3.1.4 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力 一、圓柱殼 對(duì)于圓柱殼體，殼體上各點(diǎn)的1=、2D/2(見P92頁。） 可得 結(jié)論:(1)圓柱殼上的環(huán)間應(yīng)力比經(jīng)向應(yīng)力大一倍。 (2)決定圓柱殼承壓能力大小是中徑與殼體壁厚之比，而不是壁厚的絕對(duì)數(shù)值。,3.1 容器應(yīng)力理論,二、球殼的薄膜應(yīng)力 球殼中面上的任一點(diǎn)的1和2均等于球殼的中面半徑，可得 結(jié)論:(1)球殼上各點(diǎn)的應(yīng)力相等，而且m和也相等。 (2)球殼上的薄膜應(yīng)力只有同直徑同壁厚圓柱殼的環(huán)向應(yīng)力的一半或者說等于經(jīng)向應(yīng)力。,3.1 容器應(yīng)力理論,薄膜應(yīng)力理論在球殼上的應(yīng)用,3.1 容器應(yīng)力理論,三、橢圓殼（簡(jiǎn)述） 水工程中常用橢球殼的一半作為

12、容器的封頭，它是由四分之一橢圓曲線繞回轉(zhuǎn)軸Oy旋轉(zhuǎn)而形成的，見圖示。 半橢球殼上各點(diǎn)的m和可按下式分別計(jì)算。 式中：a-半橢球殼長(zhǎng)軸的一半； b-半橢球殼短軸的一半； -半橢球殼的壁厚； x，y-半橢球殼殼體上各點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)； p-容器承受的內(nèi)壓力。,3.1 容器應(yīng)力理論,結(jié)論： （1） 橢球殼上各點(diǎn)的應(yīng)力是不等的，它與各點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y）有關(guān)。 （2） 橢球殼上應(yīng)力的大小及其分布情況與橢球的長(zhǎng)軸與短軸之比a/b有關(guān)。a/b值增大時(shí)，橢球殼上的最大應(yīng)力將增大，而當(dāng)a/b=1時(shí)，橢球殼即變?yōu)榍驓?，將a=b代入即變?yōu)榍驓?yīng)力計(jì)算公式，這時(shí)殼體的受力最為有利。 （3） 水工藝設(shè)備用半個(gè)橢球用作

13、容器的端蓋時(shí)，為便于沖壓制造和降低容器高度，封頭的深度淺一些，即a/b大一些較好。但a/b的增大將導(dǎo)致應(yīng)力的增大，故橢球封頭的a/b不應(yīng)超過2。 （4） 當(dāng)a/b2時(shí)，半橢球封頭的最大膜應(yīng)力產(chǎn)生于半橢球的頂點(diǎn)，即x=0，y= b處，其值為：,3.1 容器應(yīng)力理論,半橢球母線,3.1 容器應(yīng)力理論,四、錐形殼 錐形殼一般用于容器的封頭或變徑段，如圖所示。 錐形殼的薄膜應(yīng)力表達(dá)式如下： 式中：p-介質(zhì)的內(nèi)壓力，MPa； -錐殼的半頂角； -錐殼的壁厚; r-計(jì)算點(diǎn)所在平行圓的半徑，即該點(diǎn)距回轉(zhuǎn)軸的距離； 從上述二式中可以看出隨著半錐角的增大殼體的應(yīng)力將變大，所以在承壓容器中太大的錐角是不宜采用的。

14、同時(shí)也可以看出，錐形殼中最大應(yīng)力產(chǎn)生于大端，其值分別為 式中：D-容器的中徑。,3.1 容器應(yīng)力理論,四、錐形殼 錐形殼一般用于容器的封頭或變徑段，如圖所示。 錐形殼的薄膜應(yīng)力表達(dá)式如下： 式中：p-介質(zhì)的內(nèi)壓力，MPa； -錐殼的半頂角； -錐殼的壁厚; r-計(jì)算點(diǎn)所在平行圓的半徑，即該點(diǎn)距回轉(zhuǎn)軸的距離； 從上述二式中可以看出隨著半錐角的增大殼體的應(yīng)力將變大，所以在承壓容器中太大的錐角是不宜采用的。同時(shí)也可以看出，錐形殼中最大應(yīng)力產(chǎn)生于大端，其值分別為 式中：D-容器的中徑。,3.1 容器應(yīng)力理論,錐形殼,3.1 容器應(yīng)力理論,3.1.5 壓力容器的強(qiáng)度計(jì)算 一、壓力容器與常壓容器 受勞動(dòng)部

15、頒發(fā)的壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（簡(jiǎn)稱容規(guī)）管理的壓力容器必須同時(shí)滿足以下三個(gè)條件： 1. 最高工作壓力pw0.1MPa（不含液體靜壓力）。 2. 容器內(nèi)徑D1150mm，且容積V25L。 3. 介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。 在水工藝設(shè)備中，使用最多的是充滿常溫水的壓力容器。嚴(yán)格地講，這些容器不屬于容規(guī)監(jiān)察的壓力容器。但是若水的壓力較高，器壁也會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，這種容器的壁厚仍然與受容規(guī)監(jiān)察的容器一樣按強(qiáng)度計(jì)算確定。 容器的壁厚是壓力容器設(shè)計(jì)的一個(gè)主要方面，常壓容器的壁厚一般按剛度及制造要求來確定。,3.1 容器應(yīng)力理論,二、內(nèi)壓圓筒壁厚的確定 （1）理論計(jì)算壁厚

16、以圓筒體為例： 經(jīng)向薄膜應(yīng)力和環(huán)向薄膜應(yīng)力分別是 若鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為，按薄膜應(yīng)力條件： 由于容器的筒體一般用鋼板卷焊而成，焊縫可能存在某些缺陷許用應(yīng)力應(yīng)乘以一個(gè)焊縫系數(shù)，1。于是 ,3.1 容器應(yīng)力理論,另外，一般由工藝條件確定的是圓筒的內(nèi)直徑D1，故在上式中代入D= D1+，得 解出，去掉不等號(hào)便得到 式中：-圓筒的計(jì)算厚度，mm； p-設(shè)計(jì)內(nèi)壓；MPa； D1-圓筒的內(nèi)直徑，亦稱壓力容器的公稱直徑，mm； -鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力；MPa； -焊縫系數(shù)。 （2） 設(shè)計(jì)厚度（考慮腐蝕裕量） 若容器的設(shè)計(jì)使用壽命為n年，介質(zhì)對(duì)容器壁的年腐蝕量為mm/年，則使用過程中，器壁因腐蝕

17、而減薄的總量稱作腐蝕裕量，其值為C1=n。計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和稱作設(shè)計(jì)厚度，用d表示。 d=+C1,3.1 容器應(yīng)力理論,（4）圓筒壁的名義厚度 由于鋼板的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了一定量的允許正、負(fù)偏差值，故鋼板的實(shí)際厚度可能小于標(biāo)注的名義厚度。故在容器壁的厚度應(yīng)加上鋼板的負(fù)偏差C2。（保險(xiǎn)起見） 另外，計(jì)算得出的鋼板厚度一般不會(huì)恰恰等于鋼板的規(guī)格厚度，故需將計(jì)算厚度向上調(diào)整使其符合鋼板的規(guī)格厚度（如生產(chǎn)時(shí)的鋼板系列：5，10，20mm等），此調(diào)整值稱為圓整值，其值不應(yīng)大于1至2mm。 將鋼板的設(shè)計(jì)厚度加上鋼板的負(fù)偏差并向上圓整至鋼板的規(guī)格厚度得出容器壁的名義厚度，用n表示，即 n=d+C2+=+

18、C1+C2+（3.18） 式中：n-圓筒的名義厚度，mm； d-圓筒的設(shè)計(jì)厚度，mm； C1-腐蝕裕量，mm； C2-鋼板負(fù)偏差，mm； -圓整值，mm。,3.1 容器應(yīng)力理論,（3）圓筒的有效厚度 e=+ 容器的設(shè)計(jì)壓力P，鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力、焊縫系數(shù)、鋼板或鋼管的負(fù)偏差C2以及圓整值均可按有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)選用。 （4）容器壁的最小厚度min 當(dāng)容器的設(shè)計(jì)壓力較低時(shí)，由強(qiáng)度計(jì)算確定的容器壁的厚度不能滿足容器制造、運(yùn)輸和安裝等方面的要求，因此對(duì)圓筒的最小壁厚作了規(guī)定，用min表示。應(yīng)當(dāng)注意的是，規(guī)定的最小厚度內(nèi)并不包括腐蝕裕量C1。即器壁圓筒的名義厚度n（選用鋼板的標(biāo)注厚度）應(yīng)等

19、于或大于下述的最小厚度min和腐蝕裕量C1之和，但當(dāng)min鋼板負(fù)偏差時(shí)，可以將C2包括在min之內(nèi)。 筒體的最小壁厚的規(guī)定如下： 1. 對(duì)于碳鋼和低合金鋼容器 2. 對(duì)于不銹鋼容器,3.1 容器應(yīng)力理論,3.1.6 平板的彎曲應(yīng)力 容器的封頭和矩形壓力容器在內(nèi)壓作用下，將產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力，我們就不能僅僅依靠薄膜應(yīng)力理論來進(jìn)行它們的設(shè)計(jì)和計(jì)算。 （1）環(huán)形截面的變形及環(huán)向彎曲應(yīng)力M （2）徑向變形和徑向彎曲應(yīng)力Mr （3）最大彎曲應(yīng)力Mmax,3.1 容器應(yīng)力理論,周邊簡(jiǎn)支、承受均布載荷的圓平鋼板，最大彎曲應(yīng)力產(chǎn)生于圓板中心處的上下表面處，其值為： Mmax= Mmax-周邊簡(jiǎn)支、均布載荷時(shí)圓

20、形鋼板的最大彎曲應(yīng)力，MPa； p-均布載荷，MPa； D-圓形平板的直徑，mm； -圓形平板的厚度，mm； -圓板上表面的應(yīng)力，表示受壓縮； +-圓板下表面的應(yīng)力，表示受拉伸。 周邊固定，承受均布載荷時(shí)圓平板的最大彎曲應(yīng)力出現(xiàn)在板的四周的上下表面處，對(duì)于鋼板其值為： Mmax=(M)r=R=(Mr)r=R= Mmax-周邊固定均布載荷時(shí)的圓形鋼板的最大彎曲應(yīng)力，MPa； 其它符號(hào)意義同上。,3.1 容器應(yīng)力理論,（4）彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力的比較 最大彎曲應(yīng)力可寫作Mmax= 周邊簡(jiǎn)支平板k=0.31；周邊固定平板k=0.188。 Mmax= 結(jié)論：承受均布載荷p的圓形平板的最大彎曲應(yīng)力Mmax

21、是同直徑、同厚度的圓柱形殼體承受同樣大的壓力時(shí)所產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力 的 倍。由于容器的直徑與厚度的比值一般大于50，所以，同等條件下，平板內(nèi)產(chǎn)生的最大彎曲應(yīng)力至少是圓筒壁的薄膜應(yīng)力的2030倍。所以容器的封頭應(yīng)盡量避免使用平板形，而且也應(yīng)盡量避免使用矩形的壓力容器。,3.1 容器應(yīng)力理論,3.1.7 壓力容器的二次應(yīng)力 薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力都是直接由荷載引起的，稱作一次應(yīng)力或基本應(yīng)力。在外力作用下，每個(gè)零件均有發(fā)生變形的趨勢(shì)，但這個(gè)變形的趨勢(shì)要受到相鄰零部件的限制。我們把由于相互連接的零部件各自欲發(fā)生變形而受到對(duì)方限制引起的應(yīng)力稱作二次應(yīng)力。 對(duì)于回轉(zhuǎn)殼體的壓力容器，在內(nèi)壓的作用下，封頭和筒身是連接

22、在一起的，二者的變形將相互受到對(duì)方的限制，這種相互制約必導(dǎo)致產(chǎn)生一組大小相等，方向相反的內(nèi)力系，由這組內(nèi)力所產(chǎn)生發(fā)生于兩個(gè)部件連接處的應(yīng)力稱作邊界應(yīng)力。 （1）平板封頭：圓柱形筒身和平板封頭連接處的橫截面內(nèi)產(chǎn)生的最大二次彎曲應(yīng)力可按下式計(jì)算 Mm= 從該式可以看出，在這種連接處將產(chǎn)生很大的邊界應(yīng)力，其值比由內(nèi)壓引起的環(huán)向薄膜應(yīng)力還要大54%。,3.1 容器應(yīng)力理論,（2）半球形封頭：在承受內(nèi)壓時(shí)，封頭的半徑增值小于筒體的半徑增值，因?yàn)槎呤沁B接在一起的，故連接處封頭的直徑將被筒體向外拉大，而筒體的直徑將被封頭往里壓小，其結(jié)果是在封頭內(nèi)產(chǎn)生二次拉伸薄膜應(yīng)力，在筒體內(nèi)產(chǎn)生二次壓縮薄膜應(yīng)力。因?yàn)榉忸^

23、內(nèi)的一次薄膜應(yīng)力只有同厚度圓柱形筒體的一半，將二次薄膜應(yīng)力疊加上去后也不會(huì)引起強(qiáng)度不夠的問題。筒體內(nèi)的二次薄膜應(yīng)力是負(fù)值，疊加到一次薄膜應(yīng)力上的結(jié)果只會(huì)使總的應(yīng)力值下降，當(dāng)然更沒有問題。 當(dāng)封頭與筒體等厚時(shí)，在球形封頭與筒體連接處的橫截面上沒有彎曲應(yīng)力存在。雖然在連接處兩側(cè)的封頭與筒體內(nèi)存在二次彎曲應(yīng)力，但其值都很小，不會(huì)引起強(qiáng)度上的問題。因此球形封頭與筒體的連接處不需要考慮強(qiáng)度問題。 如果采用其它形式的封頭，由于封頭和筒體之間的相互限制及適應(yīng)這種限制的能力不同，而由此產(chǎn)生的邊界應(yīng)力的大小也不一樣。,3.1 容器應(yīng)力理論,3.1.8 內(nèi)壓封頭設(shè)計(jì) 一、 封頭分類 （1） 凸形封頭，包括半球形封

24、頭、半橢球封頭、帶折邊球形封頭和無折邊球形封頭四種。 （2） 錐形封頭，包括無折邊錐形封頭與帶折邊錐形封頭兩種。 （3） 平板形封頭。 對(duì)于凸形封頭和錐形封頭，它們的強(qiáng)度計(jì)算均以薄膜應(yīng)力理論為基礎(chǔ)，而對(duì)于平板形封頭的強(qiáng)度計(jì)算則應(yīng)以平板彎曲理論為依據(jù)。 二、半球形封頭 半球形封頭是由半個(gè)球殼構(gòu)成。對(duì)于半球形封頭可以不考慮邊界應(yīng)力?？梢詢H僅根據(jù)薄膜應(yīng)力理論來進(jìn)行半球形封頭的強(qiáng)度計(jì)算。 =m= 將D=D1+代入，去掉不等號(hào)并解出封頭的理論計(jì)算厚度= 根據(jù)求出封頭的設(shè)計(jì)厚度d和名義厚度n即可。,3.1 容器應(yīng)力理論,三、半橢球形封頭 根據(jù)前面討論結(jié)果，當(dāng)橢球殼的長(zhǎng)短軸之比小于2時(shí)，最大薄膜應(yīng)力產(chǎn)生于半橢球的頂點(diǎn)，其值為 =m= 令 a/b=m，并將a=D/2 代入得 =m= 若鋼板的許用應(yīng)力為，焊縫系數(shù)為，并代入D=D1+，則半橢球形封頭的計(jì)