壓力容器設計的力學基礎

1、壓力容器設計的力學基礎 壓力容器設計要解決的基本問題 結構設計 -主要由工藝過程決定同時要兼顧機械性能的要求 材料選擇 -滿足工作條件（壓力、溫度、介質(zhì)）的要求并考慮經(jīng)濟 性能 強度計算 -強度、剛度及穩(wěn)定性 強度條件 承載結構最大應力的 計算 max 所用材料許用 應力的確定 max 、 b2 . 0 )( s E ), )( , )( min( t n n D D b t bb s t ss nnnn 剛度條件 承載結構最大位 移的計算 y max y 許用值的確定 max 穩(wěn)定性條件 cr n P P cr P 承載結構最大應力的計算 基本假設 載荷外力 內(nèi)力應力最大應力 基本假設 1、

2、連續(xù)性假設 認為物體的一切物理量，如應力、應變、位移等 都是物體所占空間點的連續(xù)函數(shù)。基于這一假設 我們就可以用數(shù)學工具來分析線彈性力學問題。 2、均勻性假設 認為物體是由同一類型的均勻固體材料組成，其 各部分的物理性質(zhì)是相同的?；谶@一假設我們 就可以從研究體中取出任一單元來分析。 基本假設 3、各向同性假設 認為物體在各方向具有相同的物理性質(zhì)，物體的 彈性常數(shù)不隨坐標方向的改變而變化。 4、小變形假設 認為物體在外力或其他外部作用的影響下，物體 所產(chǎn)生的變形與其本身的幾何尺寸相比屬于高階 小量，可以不考慮因變形而引起的尺寸變化。 外力 作用在物體上的外力分體力Fb和面力Fs兩種。 體力是作

3、用在物體微粒體積上的力，也稱為 質(zhì)量力，如重力、慣性力、電磁力等。其定 義式為： b b V F V F lim 0 微小體積V的體力矢量為 Fb，體力矢量Fb的方向是V 內(nèi)的體力的極限方向； 體力的單位為N/m3 面力是指作用于彈性體表面上的外力，例如 流體壓力和接觸力等。其定義式為： s s S F S F lim 0 氣體壓力，液柱靜壓力 微小面積S上的面力矢量為 Fs，面 力矢量Fs的方向是S上的面力的極 限方向；面力的單位為N/m2 內(nèi)力與應力 內(nèi)力 彈性體受外力作用時，其內(nèi)部因外力而引起的力，稱為內(nèi)力， 該內(nèi)力總是試圖抵抗外力，并不外力相平衡。在彈性范圍內(nèi)， 內(nèi)力隨外力增大而增大。

4、 對于桿件、簡單的板殼，內(nèi)力可由材料力學的截面法求得。 Nx Y P 基于材料力學截面法可以求解的問題 拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、內(nèi)壓薄壁圓筒、內(nèi)壓薄壁球殼 內(nèi)力與應力 對于單軸拉伸 A N max 彎曲 z W M max max 剪切 W mmax max 扭轉(zhuǎn) 內(nèi)壓薄壁圓筒 t pDi 2 t pDi 4 t pDi 2 基于彈性力學的板殼理論可以解決 的問題 筒體 球殼 錐形封頭 凸形封頭 平板封頭-圓平板理論 厚壁圓筒 邊緣應力 回轉(zhuǎn)殼體的無力矩理論薄膜應力 回轉(zhuǎn)殼體的有力矩理論 不連續(xù)區(qū)總體結構不連續(xù)，局部結構不連續(xù)區(qū) 強度理論 一點處的應力狀態(tài) 強度理論 t max 一點處的應力狀態(tài) 兩向應力狀態(tài) 三向應力狀態(tài) 0 32 2 1 3 III nnn zyx I 1 222 2xzyzxyyzzxyx I zyzxz yzyxy xzxyx I 3 強度理論 VAS: sp3 ANSYS: sint VAS: sp4 ANSYS: seqv 脆性斷裂脆性斷裂