第2章化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)

1、第二章化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.1 典型化工設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及形狀特征第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.1.1 回轉(zhuǎn)殼體的形成 任何平面曲線繞同平面內(nèi)的某一已知直線旋轉(zhuǎn)而成的曲面稱為回轉(zhuǎn)曲面，其中的已知直線稱為回轉(zhuǎn)曲面的軸，繞軸旋轉(zhuǎn)的平面曲線稱為回轉(zhuǎn)曲面上的母線。如圖2-1所示。2.1 典型化工設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及形狀特征第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.1.2 回轉(zhuǎn)殼體的形狀特征其形狀特征及用途見表2-1。2.2 內(nèi)壓容器的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器2.2.1.1 圓筒形殼體任何回轉(zhuǎn)薄殼在內(nèi)壓作用時(shí)，都會(huì)發(fā)生不同程度的變形。如圖2-2所示2.2 內(nèi)壓容器

2、的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器2.2.1.1 圓筒形殼體利用工程力學(xué)的截面法，假想用一個(gè)垂直于圓筒軸線的橫截面截取圓筒的一半，留取左半部分如圖2-3（a）所示。而在圓筒形殼體的橫截面上必然會(huì)產(chǎn)生與之相平衡的軸向總拉力，即為軸向合內(nèi)力，表示成1D，如圖2-3（b）所示。2.2 內(nèi)壓容器的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器2.2.1.1 圓筒形殼體根據(jù)力平衡條件，軸向合外力等于軸向合內(nèi)力，即： p4D2= 1D可得軸向（經(jīng)向）應(yīng)力為 ： 1= pD4 2.2 內(nèi)壓容器的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器

3、2.2.1.1 圓筒形殼體利用截面法，過圓筒軸線作一個(gè)縱向截面，截取圓筒下半部分如圖2-4（a）所示。合內(nèi)力作用方向如圖2-4（b）所示。2.2 內(nèi)壓容器的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器2.2.1.1 圓筒形殼體根據(jù)力平衡條件，受內(nèi)壓作用垂直于縱向截面的合外力等于殼壁縱向截面產(chǎn)生的總拉力（合內(nèi)力），即 pLD=22L可得縱截面的環(huán)向應(yīng)力為 2= pD2 2.2 內(nèi)壓容器的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器2.2.1.2 球形殼體 形殼體在幾何形狀上對(duì)稱于球心，沒有軸向和環(huán)向之分，其各處應(yīng)力均相同，所以球殼上軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力相等。

4、受力分析如圖2-5所示。2.2 內(nèi)壓容器的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器2.2.1.2 球形殼體根據(jù)力平衡條件，垂直于截面的總壓力與下半球整個(gè)圓環(huán)截面上的總拉力相等，即p4D2=D 可得球形殼體的應(yīng)力為 =pD4 2.2 內(nèi)壓容器的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器2.2.1.2 球形殼體如圖2-6所示的球罐主要用于壓力較高的氣體或液體儲(chǔ)存。2.2 內(nèi)壓容器的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器2.2.1.3 圓錐形殼體對(duì)圓錐形殼體受內(nèi)壓力作用時(shí)，這兩個(gè)方向的應(yīng)力如圖2-7表示。2.2 內(nèi)壓容器的受力分

5、析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器2.2.1.3 圓錐形殼體建立方程，可以得出任一點(diǎn)A處的經(jīng)向應(yīng)力1和環(huán)向應(yīng)力2。即1= pr/2cos = pDA/4cos 2= pr/cos = pDA/2cos 2.2 內(nèi)壓容器的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器2.2.1.4 橢圓形殼體如圖2-8所示橢圓形殼體的長半軸為a，短半軸為b，橢圓形殼體上任一點(diǎn)處的坐標(biāo)為A（x,y）。2.2 內(nèi)壓容器的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器2.2.1.4 橢圓形殼體根據(jù)橢圓曲線方程和在橢圓形殼體上應(yīng)用微體力平衡和區(qū)域力平衡條件，同

6、樣可以得出任一點(diǎn)A處的經(jīng)向應(yīng)力1和環(huán)向應(yīng)力2。即為2.2 內(nèi)壓容器的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.1 內(nèi)壓薄壁容器2.2.1.4 橢圓形殼體 綜上所述的幾種應(yīng)力分布情況如圖2-9所示。2.2 內(nèi)壓容器的受力分析第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.2.2 內(nèi)壓厚壁容器厚壁容器則是三向應(yīng)力狀態(tài)，殼壁上不僅存在環(huán)向應(yīng)力2和經(jīng)向應(yīng)力1，而且還有徑向應(yīng)力3，如圖2-10所示。2.3 邊緣應(yīng)力第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.3.1 邊緣應(yīng)力的產(chǎn)生薄壁圓筒產(chǎn)生彎曲變形，也會(huì)產(chǎn)生彎矩M0和剪力Q0，如圖2-11所示。2.3 邊緣應(yīng)力第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.3.1 邊緣應(yīng)力的產(chǎn)生在化工設(shè)備上存在許多類似的情況，如圖2-12所示。2.3 邊緣應(yīng)力第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.3.2 邊緣應(yīng)力的特性局部性1危險(xiǎn)性2自限性32.3 邊緣應(yīng)力第2章 化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算基本知識(shí)2.3.3 考慮邊緣應(yīng)力影響的防止措施對(duì)于用塑性較差的脆性材料制造的容器殼體，必須充分考慮邊緣應(yīng)力的