壓力容器復(fù)習(xí)總結(jié)

1、壓力容器力學(xué)復(fù)習(xí)提綱壓力容器力學(xué)復(fù)習(xí)提綱緒論及導(dǎo)言緒論及導(dǎo)言回轉(zhuǎn)薄壁應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)薄壁應(yīng)力分析厚壁圓筒應(yīng)力分析厚壁圓筒應(yīng)力分析軸對稱軸向載荷下圓平板（圓形環(huán)板）軸對稱軸向載荷下圓平板（圓形環(huán)板）的應(yīng)力分析的應(yīng)力分析殼體穩(wěn)定性分析殼體穩(wěn)定性分析局部應(yīng)力局部應(yīng)力我們的專業(yè)背景：我們的專業(yè)背景：什么叫“過程裝備與控制工程”？有哪些過程與我們相關(guān)？ 六個過程與我們的專業(yè)相關(guān)：1. Fluid dynamical process: (流體動力過程流體動力過程)It deals with pump(泵), compressor(壓縮機(jī)), ventilator(風(fēng)機(jī)), pipes and valves(管

2、道和閥門等)。緒論及導(dǎo)言我們的專業(yè)背景：我們的專業(yè)背景：什么叫“過程裝備與控制工程”？有哪些過程與我們相關(guān)？ 六個過程與我們的專業(yè)相關(guān)：2. Heat transfer process:2. Heat transfer process: ( (熱量傳遞過程熱量傳遞過程) )It deals with heat transfer equipment. (它涉及熱量交換過程及設(shè)備，即：換熱器，熱交換器等)。我們的專業(yè)背景：我們的專業(yè)背景：什么叫“過程裝備與控制工程”？有哪些過程與我們相關(guān)？ 六個過程與我們的專業(yè)相關(guān)：It deals with dry, distillation, condense

3、, extraction process and equipment. (它涉及有關(guān)干燥, 蒸餾, 濃縮, 萃取等過程及裝備)。3. Mass transfer process:3. Mass transfer process: ( (質(zhì)量傳遞過程質(zhì)量傳遞過程) )我們的專業(yè)背景：我們的專業(yè)背景：什么叫“過程裝備與控制工程”？有哪些過程與我們相關(guān)？ 六個過程與我們的專業(yè)相關(guān)：It deals with size reduction and size enlargement process and equipment. (它涉及固體物料的粉碎、造粒等過程及設(shè)備)。4. Momentum tran

4、sfer process:4. Momentum transfer process: ( (動量傳遞過程動量傳遞過程) )我們的專業(yè)背景：我們的專業(yè)背景：什么叫“過程裝備與控制工程”？有哪些過程與我們相關(guān)？ 六個過程與我們的專業(yè)相關(guān)：It deals with refrigeration, cryogenic refrigeration, and air separation etc. (它涉及冷凍, 深度冷凍, 空氣分離等過程及設(shè)備)。5. Thermodynamics process:5. Thermodynamics process: ( (熱力學(xué)過程熱力學(xué)過程) )我們的專業(yè)背景：我們

5、的專業(yè)背景：什么叫“過程裝備與控制工程”？有哪些過程與我們相關(guān)？ 六個過程與我們的專業(yè)相關(guān)：It deals with synthesize, decomposition process and equipment. (它涉及化學(xué)反應(yīng)，如：合成、分解等過程及設(shè)備)。6. Chemical process:6. Chemical process: ( (化學(xué)過程化學(xué)過程) )過程設(shè)備設(shè)計的基本要求合理設(shè)計合理設(shè)計-安全安全 經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)過程設(shè)備設(shè)計的基本原則：在保證過程設(shè)備設(shè)計的基本原則：在保證安全的前提下，盡可能做到經(jīng)濟(jì)。安全的前提下，盡可能做到經(jīng)濟(jì)。參考書參考書:壓力容器安全技術(shù)壓力容器安全技術(shù)

6、a、安全可靠b、滿足過程要求c、綜合經(jīng)濟(jì)性好d、易于操作、維護(hù)和控制e、優(yōu)良的環(huán)境要求a a、安全可靠、安全可靠影響過程設(shè)備安全可靠性的因素主要有： 材料的強(qiáng)度、韌性與介質(zhì)的相容性 設(shè)備的剛度、抗失穩(wěn)能力和密封性能（1 1）材料的強(qiáng)度高、韌性好）材料的強(qiáng)度高、韌性好 * * * *材料強(qiáng)度：材料強(qiáng)度：強(qiáng)度是過程設(shè)備在載荷作用下強(qiáng)度是過程設(shè)備在載荷作用下抵抗永久變抵抗永久變形和斷裂的能力形和斷裂的能力。屈服點和抗拉強(qiáng)度屈服點和抗拉強(qiáng)度是鋼是鋼材常用的強(qiáng)度判據(jù)。材常用的強(qiáng)度判據(jù)。材料韌性：材料韌性：材料對缺口或裂紋的敏感程度。材料對缺口或裂紋的敏感程度。指材料斷裂指材料斷裂前吸收變形能量的能力。前

7、吸收變形能量的能力。材料韌性越好，材料韌性越好，缺陷尺寸的臨界尺寸越大，過程設(shè)備對缺缺陷尺寸的臨界尺寸越大，過程設(shè)備對缺陷就不敏感；韌性一般隨著強(qiáng)度的提高而陷就不敏感；韌性一般隨著強(qiáng)度的提高而降低。在選擇材料時，應(yīng)特別注意材料強(qiáng)降低。在選擇材料時，應(yīng)特別注意材料強(qiáng)度和韌性的合理匹配。度和韌性的合理匹配。環(huán)環(huán) 境：境： 影響材料韌性影響材料韌性。溫度降低、受中子輻照或。溫度降低、受中子輻照或在高溫高壓臨氫條件下工作，都會降低材在高溫高壓臨氫條件下工作，都會降低材料韌性，使材料脆化。料韌性，使材料脆化。（2 2）材料與介質(zhì)的相容性）材料與介質(zhì)的相容性耐腐蝕性：耐腐蝕性：腐蝕使容器壁變薄，還有可能改

8、腐蝕使容器壁變薄，還有可能改變其組織性能變其組織性能應(yīng)力腐蝕的照片（3 3）結(jié)構(gòu)有足夠的剛度抗失穩(wěn)能力）結(jié)構(gòu)有足夠的剛度抗失穩(wěn)能力剛剛 度：度：過程設(shè)備在載荷作用下保持原有形狀的能力。過程設(shè)備在載荷作用下保持原有形狀的能力。或者抵抗變形的能力。或者抵抗變形的能力。失失 穩(wěn)：穩(wěn)： 過程設(shè)備常見的失效形式之一。過程設(shè)備常見的失效形式之一。內(nèi)泄漏：內(nèi)泄漏： 內(nèi)部各腔體間的泄漏；引起污染，爆炸等。內(nèi)部各腔體間的泄漏；引起污染，爆炸等。外泄漏：外泄漏： 通過可拆部件向外或者向內(nèi)泄漏；通過可拆部件向外或者向內(nèi)泄漏；引起環(huán)境引起環(huán)境污染、中毒、燃燒、爆炸等事故。污染、中毒、燃燒、爆炸等事故。（4 4）密封性

9、能好）密封性能好密封性是指過程設(shè)備防止介質(zhì)密封性是指過程設(shè)備防止介質(zhì) 或空氣泄漏的能力或空氣泄漏的能力（1) 1)、功能要求、功能要求b b、滿足過程要求、滿足過程要求（2)2)、壽命要求、壽命要求實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)定功能（儲存量、換熱量、反實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)定功能（儲存量、換熱量、反應(yīng)速率等），滿足生產(chǎn)要求，提高生產(chǎn)效率應(yīng)速率等），滿足生產(chǎn)要求，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。和經(jīng)濟(jì)效益。高壓設(shè)備高壓設(shè)備 20 20年年塔設(shè)備反應(yīng)設(shè)備塔設(shè)備反應(yīng)設(shè)備 1515年年一般設(shè)備一般設(shè)備 1010年年 生產(chǎn)效率高（單位生產(chǎn)能力高）、消耗生產(chǎn)效率高（單位生產(chǎn)能力高）、消耗系數(shù)低系數(shù)低 單位生產(chǎn)能力單位生產(chǎn)能力-單位時間、單

10、位設(shè)備單位時間、單位設(shè)備容積（面積）處理的物料量或所得產(chǎn)品的數(shù)量。容積（面積）處理的物料量或所得產(chǎn)品的數(shù)量。 消耗系數(shù)消耗系數(shù)-生產(chǎn)單位重量或體積產(chǎn)品生產(chǎn)單位重量或體積產(chǎn)品所消耗的資源（原材料、能量、燃料、水、電、蒸所消耗的資源（原材料、能量、燃料、水、電、蒸汽等）和人力。汽等）和人力。 結(jié)構(gòu)合理、制造方便結(jié)構(gòu)合理、制造方便 便于安裝和運輸便于安裝和運輸 c c、綜合經(jīng)濟(jì)性好、綜合經(jīng)濟(jì)性好 操作簡單、安全操作簡單、安全-易于操作，誤操作或錯誤操作易于操作，誤操作或錯誤操作時可發(fā)出報警信號。時可發(fā)出報警信號。 易于維護(hù)、修理易于維護(hù)、修理-安全、正常地運轉(zhuǎn)，維修周安全、正常地運轉(zhuǎn)，維修周期長期長

11、 便于控制便于控制-手動或自動檢測裝置，對工藝參數(shù)及手動或自動檢測裝置，對工藝參數(shù)及時測量、報警和控制。時測量、報警和控制。 有害介質(zhì)的泄漏、噪音、環(huán)境污染等有害介質(zhì)的泄漏、噪音、環(huán)境污染等 d d、易于操作、維護(hù)和控制、易于操作、維護(hù)和控制e e、優(yōu)良的環(huán)境性能、優(yōu)良的環(huán)境性能壓力容器總體結(jié)構(gòu)壓力容器總體結(jié)構(gòu)移動式液氧槽車特種設(shè)備安全監(jiān)察條例特種設(shè)備安全監(jiān)察條例：壓力容器的定義為了與一般容器壓力容器的定義為了與一般容器(常壓容器常壓容器)相區(qū)別，只有同時滿足下列三個條件的容相區(qū)別，只有同時滿足下列三個條件的容器，才稱之為器，才稱之為移動式和固定式壓力容器：移動式和固定式壓力容器：1、最高工作

12、壓力、最高工作壓力0.1MPa（表壓）（表壓）2、 壓力壓力容積容積2.5MPaL3、介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度、介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體。高于標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體。固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程TSGR0004-2009：壓力容器的定義為了與一般容器壓力容器的定義為了與一般容器(常壓容器常壓容器)相區(qū)別，只有同時滿足下列相區(qū)別，只有同時滿足下列三個條件的容器，才稱之三個條件的容器，才稱之壓力容器：壓力容器：1、工作壓力、工作壓力0.1MPa（表壓）（表壓）2、 壓力壓力容積容積2.5MPaL3、介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于

13、標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體。、介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體。注：各種規(guī)格的氣瓶特種設(shè)備安全監(jiān)察條例特種設(shè)備安全監(jiān)察條例：壓力容器也包括同時滿足下列三個條件的壓力容器也包括同時滿足下列三個條件的容器的氣瓶和氧艙容器的氣瓶和氧艙1、最高工作壓力、最高工作壓力0.2MPa2、壓力、壓力容積容積1.0MPaL3、介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度、介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度等于或者低于等于或者低于60的液體。的液體。壓力容器六大基本部件筒體筒體封頭封頭支座支座開孔與開孔與接管接管密封密封裝置裝置安全安全附件附件膨脹節(jié)環(huán)殼環(huán)形板錐形封頭錐殼形封頭）球冠形封頭（無直邊球球冠封頭）碟形封

14、頭（帶直邊球形環(huán)殼球冠橢圓形封頭橢球殼球罐（或球形封頭）球殼筒體圓柱殼七種殼管板彈性基礎(chǔ)圓平板法蘭）環(huán)（基礎(chǔ)環(huán)）環(huán)形板（平蓋（或平封頭）圓平板四種板tRRtRRii101000特種設(shè)備危險性較大 ，涉及生命安全八大類特種設(shè)備：八大類特種設(shè)備：(TSG-(TSG-特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范) )鍋爐鍋爐 （G G）壓力容器（含氣瓶）（壓力容器（含氣瓶）（R R）壓力管道（壓力管道（D D）、）、電梯（電梯（T T）、）、起重機(jī)械（起重機(jī)械（Q)Q)、客運索道（客運索道（S S）大型游樂設(shè)施（大型游樂設(shè)施（Y Y）、）、場（廠）內(nèi)專用機(jī)車車輛場（廠）內(nèi)專用機(jī)車車輛 （NN） 壓力容器

15、分類根據(jù)我國根據(jù)我國壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程中分類中分類按壓力等級按壓力等級按容器在生產(chǎn)中的按容器在生產(chǎn)中的作用作用按按安裝安裝方式方式按安全技術(shù)按安全技術(shù)管理管理分類分類低壓低壓( (代號代號L)L)容器容器 0.1MPap1.6MPa0.1MPap1.6MPa中壓中壓( (代號代號M)M)容器容器 1.6MPapl0.0MPa1.6MPapl0.0MPa高壓高壓( (代號代號H)H)容器容器 10MPap100MPa10MPap1.11.21 1、彈性應(yīng)力、彈性應(yīng)力 壓力產(chǎn)生；溫度產(chǎn)生壓力產(chǎn)生；溫度產(chǎn)生2 2、彈塑性應(yīng)力、彈塑性應(yīng)力 -同時存在彈性塑性變形同時存在彈

16、性塑性變形3 3、屈服壓力爆破壓力、屈服壓力爆破壓力 -失效前能承受的最大壓力失效前能承受的最大壓力1 1、三向應(yīng)力、三向應(yīng)力-周向應(yīng)力、軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力周向應(yīng)力、軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力 2 2、應(yīng)力梯度、應(yīng)力梯度-周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力沿壁厚非均勻分布周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力沿壁厚非均勻分布3 3、溫差應(yīng)力、溫差應(yīng)力-沿壁厚的溫差引起的熱應(yīng)力不可忽視沿壁厚的溫差引起的熱應(yīng)力不可忽視厚壁圓筒的應(yīng)力特點* 軸對稱問題軸對稱問題* 靜不定問題靜不定問題drrrdrdrdwww0RiRrzipopopipz厚壁圓筒應(yīng)力分析彈性應(yīng)力彈性應(yīng)力平衡方程： 幾何方程： 物理方程： 了解分析方法：了解分析方法：內(nèi)壓力內(nèi)壓

17、力作用下厚壁圓筒的三向應(yīng)力表達(dá)式：作用下厚壁圓筒的三向應(yīng)力表達(dá)式： 周向應(yīng)力周向應(yīng)力 徑向應(yīng)力徑向應(yīng)力 軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力 )1 (122riKKp)1 (122rirKKp12Kpiz（或?qū)τ陂_式圓筒）0zLameLame公式公式僅受內(nèi)壓時的僅受內(nèi)壓時的應(yīng)力特點應(yīng)力特點 ：00p 周向應(yīng)力：拉應(yīng)力，三個應(yīng)力中最大周向應(yīng)力：拉應(yīng)力，三個應(yīng)力中最大, ,且且 徑向應(yīng)力：壓應(yīng)力，且徑向應(yīng)力：壓應(yīng)力，且 軸向應(yīng)力：拉應(yīng)力，均勻分布，軸向應(yīng)力：拉應(yīng)力，均勻分布，且且 1K2p)(1K1Kp)(2i022ii2rz0)( ,p)(0riir0rz0z20RiRipizp2zz12Kpi 應(yīng)力分布的不均勻性

18、應(yīng)力分布的不均勻性： 按按Mises Mises 屈服條件屈服條件( (第四強(qiáng)度理論）第四強(qiáng)度理論）僅受內(nèi)壓時的應(yīng)力特點僅受內(nèi)壓時的應(yīng)力特點 ：00p21K)()(20i105. 1)()(1 . 1K0i345. 1)()(3 . 1K0isr32s22iK21Kpsi22irp1KK2)(2pKsi，即使0rz0z20RiRipizp2zz12Kpi溫度變化引起的彈性熱應(yīng)力溫度變化引起的彈性熱應(yīng)力熱應(yīng)力熱應(yīng)力構(gòu)件熱變形受到構(gòu)件熱變形受到外界約束外界約束構(gòu)件之間熱變形構(gòu)件之間熱變形的相互約束的相互約束構(gòu)件內(nèi)部溫度構(gòu)件內(nèi)部溫度分布不均勻分布不均勻?qū)儆诙螒?yīng)力屬于二次應(yīng)力熱應(yīng)力分布熱應(yīng)力分布注意

19、：0t, 0ttttoi外加熱：內(nèi)加熱：那邊受那邊受熱，那熱，那邊受壓！邊受壓！熱應(yīng)力分布特點：熱應(yīng)力分布特點： 1、內(nèi)外壁處、內(nèi)外壁處 2、內(nèi)外壁應(yīng)力之差：、內(nèi)外壁應(yīng)力之差：0trttzttotip23、任意一點應(yīng)力關(guān)系：、任意一點應(yīng)力關(guān)系：trttz溫差應(yīng)力的工程估算：溫差應(yīng)力的工程估算：112ln122KKK112ln12KKtmtzt不計溫差應(yīng)力的條件：不計溫差應(yīng)力的條件：(1) (1) 保溫良好；保溫良好；(2) (2) 材料已發(fā)生蠕變變形；材料已發(fā)生蠕變變形；(3) (3) 的內(nèi)壓內(nèi)加熱的容器。的內(nèi)壓內(nèi)加熱的容器。 p1 . 1)tt (t0i設(shè)計壓力 ,trrr,ttzzz綜合應(yīng)

20、力綜合應(yīng)力內(nèi)壓內(nèi)壓溫差溫差綜合應(yīng)力分布綜合應(yīng)力分布內(nèi)壓內(nèi)加熱：內(nèi)壁應(yīng)力減小，而外壁應(yīng)力增大，應(yīng)力狀態(tài)有可能惡化。 內(nèi)壓外加熱：內(nèi)壁的綜合應(yīng)力增大，而外壁應(yīng)力減小，應(yīng)力狀態(tài)惡化。必須考慮溫差應(yīng)力 內(nèi)壓內(nèi)加熱：內(nèi)壓內(nèi)加熱：內(nèi)壁應(yīng)力減小，而外壁應(yīng)力增內(nèi)壁應(yīng)力減小，而外壁應(yīng)力增大，應(yīng)力狀態(tài)有可能惡化。大，應(yīng)力狀態(tài)有可能惡化。當(dāng)滿足以下條件的內(nèi)壓內(nèi)加熱的容器可以不用考慮當(dāng)滿足以下條件的內(nèi)壓內(nèi)加熱的容器可以不用考慮溫差應(yīng)力。溫差應(yīng)力。 pttti1 . 1)(0內(nèi)壓外加熱：內(nèi)壓外加熱：內(nèi)壁的綜合應(yīng)力增大，而外壁應(yīng)力內(nèi)壁的綜合應(yīng)力增大，而外壁應(yīng)力減小，應(yīng)力狀態(tài)惡化。減小，應(yīng)力狀態(tài)惡化。必須考慮溫差應(yīng)力必須考

21、慮溫差應(yīng)力 熱應(yīng)力的特點熱應(yīng)力的特點減小熱應(yīng)力的措施減小熱應(yīng)力的措施1、控制設(shè)備的加熱和冷卻速度、控制設(shè)備的加熱和冷卻速度2、控制和減小構(gòu)件的熱變形約束、控制和減小構(gòu)件的熱變形約束3、設(shè)置膨脹節(jié)、設(shè)置膨脹節(jié)4、采用良好的保溫層、采用良好的保溫層減小熱應(yīng)力的措施減小熱應(yīng)力的措施1、控制設(shè)備的加熱和冷卻速度、控制設(shè)備的加熱和冷卻速度2、控制和減小構(gòu)件的熱變形約束、控制和減小構(gòu)件的熱變形約束3、設(shè)置膨脹節(jié)、設(shè)置膨脹節(jié)4、采用良好的保溫層、采用良好的保溫層彈塑性應(yīng)力彈塑性應(yīng)力PyPbABC變形量pO厚壁圓筒中壓力與變形關(guān)系彈性階段彈性階段彈塑性階段彈塑性階段爆破階段爆破階段應(yīng)變硬化階段應(yīng)變硬化階段理想

22、彈塑性材料？Tresca屈服條件： srMises 屈服條件： sr32彈塑性應(yīng)力分布曲線彈塑性應(yīng)力分布曲線殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力：殘余應(yīng)力：殘余應(yīng)變：殘余應(yīng)變：厚壁圓筒的自增強(qiáng)厚壁圓筒的自增強(qiáng) 厚壁圓筒使用前，用超過工作壓力的壓力厚壁圓筒使用前，用超過工作壓力的壓力進(jìn)行進(jìn)行超壓處理超壓處理，使圓筒發(fā)生彈塑性變形，卸除，使圓筒發(fā)生彈塑性變形，卸除壓力后保留殘余應(yīng)力，工作時殘余應(yīng)力和工作壓力后保留殘余應(yīng)力，工作時殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力疊加，使圓筒應(yīng)力分布趨于均勻，提高圓應(yīng)力疊加，使圓筒應(yīng)力分布趨于均勻，提高圓筒的筒的彈性承載能力彈性承載能力。載荷應(yīng)力載荷應(yīng)力 彈塑性應(yīng)力公式彈塑性應(yīng)力公式P卸載應(yīng)力

23、卸載應(yīng)力 Lame公式公式P殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力的求解殘余應(yīng)力的求解卸載原理彈性變形殘余應(yīng)力的求解殘余應(yīng)力的求解 1KK1p22rA1KK1p22rArrrr2)(rzzz自增強(qiáng)壓力自增強(qiáng)壓力 a 彈塑性應(yīng)力公式彈塑性應(yīng)力公式Pa卸載應(yīng)力卸載應(yīng)力 a Lame公式公式Paaa殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力工作應(yīng)力工作應(yīng)力 總應(yīng)力總應(yīng)力 自增強(qiáng)后的應(yīng)力計算方法自增強(qiáng)后的應(yīng)力計算方法屈服壓力和屈服壓力和爆破壓力爆破壓力彈性階段彈性階段彈塑性階段彈塑性階段應(yīng)變硬化階段應(yīng)變硬化階段爆破階段爆破階段Kln32PpsRoRisoc初始屈服壓力初始屈服壓力全屈服壓力全屈服壓力22sRRisK1K3Ppic)ln21

24、(3202iccsiRRRRppi與Rc的關(guān)系 基于理想的彈塑性材料而言的基于理想的彈塑性材料而言的爆破壓力爆破壓力爆破壓力的上限值：爆破壓力的上限值：Kpbbln32maxKpybln32min爆破壓力的下限值：爆破壓力的下限值：FaupelFaupel經(jīng)驗爆破壓力計算式：經(jīng)驗爆破壓力計算式： Kpbssbln232基于實際的彈塑性材料基于實際的彈塑性材料而言的而言的平板應(yīng)力分析 應(yīng)用：應(yīng)用：平蓋、人（手）孔蓋、管板、法蘭環(huán)、矩形容器器壁 形式：形式：圓形、圓環(huán)形、橢圓形、矩形軸對稱橫向載荷下，圓形薄板的變形特征是雙軸對稱橫向載荷下，圓形薄板的變形特征是雙向彎曲。向彎曲。周向彎曲徑向彎曲周向

25、彎曲徑向彎曲圓平板應(yīng)力分析主要考慮：圓平板應(yīng)力分析主要考慮：軸對稱橫向載荷小軸對稱橫向載荷小撓度圓形薄板的應(yīng)力和變形撓度圓形薄板的應(yīng)力和變形P (r)Rrw中性面假設(shè)中性面假設(shè)：純彎曲問題；：純彎曲問題；直法線假設(shè)直法線假設(shè)：中面的法線變形后仍為直線，：中面的法線變形后仍為直線，且且于中面；于中面；不擠壓假設(shè)不擠壓假設(shè)：板內(nèi)垂直于板面的正應(yīng)力不予：板內(nèi)垂直于板面的正應(yīng)力不予考慮，且不計應(yīng)變?？紤]，且不計應(yīng)變。 上述假定統(tǒng)稱為克希霍夫（上述假定統(tǒng)稱為克?；舴颍↘irchhoffKirchhoff）假定。）假定。 wz5 5）彈性薄板小撓度理論的基本假設(shè)：）彈性薄板小撓度理論的基本假設(shè)：0z(6)

26、 分析過程：力平衡方程幾 何 方 程圓板軸對稱彎曲的基本微分方程物 理 方 程根據(jù)特定邊界條件，求解圓板軸對稱彎曲的基本微分方程得撓度w，于是有：zMrr312徑向應(yīng)力徑向應(yīng)力)1(22drdwrdrwdDM周向彎矩周向彎矩MqMqzM312周向應(yīng)力周向應(yīng)力)231 (12ED其中其中為圓板抗彎剛度。為圓板抗彎剛度。)(M22rdrdwrdrwdD徑向彎矩徑向彎矩M Mr rzMrr312徑向應(yīng)力徑向應(yīng)力)(M22rdrdwrdrwdD徑向彎矩徑向彎矩MrMr)1(22drdwrdrwdDM周向彎矩周向彎矩MqMqzM312周向應(yīng)力周向應(yīng)力DQdrdrdrdrdrdr1CdrprrQzr22z

27、rrpdrrQd)(聯(lián)立邊聯(lián)立邊界條件界條件求解求解w)drwddrdwr1(1Ez)drdwrdrwd(1Ez222222r平板應(yīng)力掌握重點：平板應(yīng)力掌握重點：1 1。剪力。剪力Q Qr r的求取的求取2 2。邊界條件的分析。邊界條件的分析3 3。支撐對應(yīng)力的影響（固支簡支的。支撐對應(yīng)力的影響（固支簡支的應(yīng)力分布特點）應(yīng)力分布特點）4 4。提高平板剛度強(qiáng)度的措施。提高平板剛度強(qiáng)度的措施圓平板中的應(yīng)力圓平板中的應(yīng)力確定邊界條件？確定邊界條件？周邊固支圓平板周邊固支圓平板Wmax=?板上、下表面處（板上、下表面處（zt/2)：)drwddrdwr1(1Ez)drdwrdrwd(1Ez222222

28、rmax在哪兒？周邊簡支圓平板周邊簡支圓平板板上、下表面處（板上、下表面處（zt/2)：22maxtR)R(fwmax思考題：思考題：提高圓平板的強(qiáng)度和剛度的措施有哪些？提高圓平板的強(qiáng)度和剛度的措施有哪些？撓度反映板的剛度，應(yīng)力則反映強(qiáng)度撓度反映板的剛度，應(yīng)力則反映強(qiáng)度 薄圓平板應(yīng)力特點薄圓平板應(yīng)力特點 板內(nèi)為二向應(yīng)力板內(nèi)為二向應(yīng)力 、 ，平行于中面各層相互之間，平行于中面各層相互之間的正應(yīng)力的正應(yīng)力 及剪力及剪力 引起的剪應(yīng)力引起的剪應(yīng)力 均可予以忽略。均可予以忽略。正應(yīng)力正應(yīng)力 、 沿板厚度呈直線分布，在板的上下表沿板厚度呈直線分布，在板的上下表面有最大值，是純彎曲應(yīng)力。面有最大值，是純彎

29、曲應(yīng)力。應(yīng)力沿半徑的分布與周邊支承方式有關(guān)，工程實應(yīng)力沿半徑的分布與周邊支承方式有關(guān)，工程實際中的圓板周邊支承是介于兩者之間的形式。際中的圓板周邊支承是介于兩者之間的形式。 薄板結(jié)構(gòu)的最大彎曲應(yīng)力薄板結(jié)構(gòu)的最大彎曲應(yīng)力 與與 成正比，而薄成正比，而薄殼的最大拉（壓）應(yīng)力殼的最大拉（壓）應(yīng)力 與與 成正比，故在相同成正比，故在相同 條件下，薄板所需厚度比薄殼為大。條件下，薄板所需厚度比薄殼為大。 rzrQrmax2tRmaxtRtR殼體的穩(wěn)定性分析圖圖2-48 2-48 圓圓筒失穩(wěn)時出筒失穩(wěn)時出現(xiàn)的波紋現(xiàn)的波紋殼體失穩(wěn)的概念？非彈性失穩(wěn)彈性失穩(wěn)失穩(wěn)破壞壓縮屈服破壞外壓圓筒的失效形式壓縮薄膜應(yīng)力壓

30、縮薄膜應(yīng)力壓縮屈服（壓縮屈服（強(qiáng)度不足）：按無力矩理論計算的薄強(qiáng)度不足）：按無力矩理論計算的薄膜應(yīng)力膜應(yīng)力失穩(wěn)破壞（剛度不足）：壓應(yīng)力作用下殼體徑向失穩(wěn)破壞（剛度不足）：壓應(yīng)力作用下殼體徑向擾度隨壓縮應(yīng)力的增加趨向急劇增加，發(fā)生突然、擾度隨壓縮應(yīng)力的增加趨向急劇增加，發(fā)生突然、永久性皺折變形（永久性皺折變形（BucklingBuckling）ssncrcrm，非彈性失穩(wěn)彈性失穩(wěn)工程上，若tscrtscrtstpcr,mpppcrcrcrm對于鋼質(zhì)圓筒（對于鋼質(zhì)圓筒（=0.3）：）： 臨界應(yīng)力（臨界壓力在圓筒壁中引起的周向壓縮應(yīng)力）：臨界應(yīng)力（臨界壓力在圓筒壁中引起的周向壓縮應(yīng)力）：長圓筒的臨界

31、壓力計算公式：長圓筒的臨界壓力計算公式：3212DtEpcr302 . 2DtEpcr3001 . 12DtEtDpcrcrcrtp適用條件：適用條件：ty（ ）彈性失穩(wěn)彈性失穩(wěn)EJ1EJD2代替用（1）長圓筒臨界壓力與圓筒的計算長度）長圓筒臨界壓力與圓筒的計算長度L無關(guān)無關(guān)（2）長圓筒抗失穩(wěn)能力與）長圓筒抗失穩(wěn)能力與E有關(guān)，而強(qiáng)度上的承壓能力有關(guān)，而強(qiáng)度上的承壓能力與與S有關(guān)有關(guān) 用高強(qiáng)度鋼代替低強(qiáng)度鋼，只能提高圓筒的強(qiáng)度，而不用高強(qiáng)度鋼代替低強(qiáng)度鋼，只能提高圓筒的強(qiáng)度，而不能提高其抗失穩(wěn)能力能提高其抗失穩(wěn)能力（3）對于薄壁圓筒，使長圓筒失穩(wěn)的壓力（）對于薄壁圓筒，使長圓筒失穩(wěn)的壓力（Pcr

32、）遠(yuǎn)遠(yuǎn)）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于使長圓筒屈服的壓力（小于使長圓筒屈服的壓力（PS），），即失穩(wěn)破壞先于強(qiáng)度破即失穩(wěn)破壞先于強(qiáng)度破壞。壞。30)(2 . 2DtEPcr)(20DtPSS注意注意5 . 100030. 12DtDLEtDpcrcrtDLDEtpcr00259. 2短圓筒的臨界壓力短圓筒的臨界壓力臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力crtp適用條件：適用條件：ty（ ）Mises小撓度理論小撓度理論彈性失穩(wěn)彈性失穩(wěn)B.M. PammB.M. Pamm公式公式 5 . 200crDt)D/L(E59. 2p臨界長度臨界長度tDDLcr0017. 15 . 200crDt)D/L(E59. 2p302 . 2DtEpcr

33、典型局部應(yīng)力 附件或附屬設(shè)附件或附屬設(shè)備備傳遞的局部載荷傳遞的局部載荷 局部材料或者局部材料或者結(jié)構(gòu)不連續(xù)結(jié)構(gòu)不連續(xù)危害：危害： 與材料的與材料的韌性韌性和和載荷形式載荷形式密切相關(guān)。密切相關(guān)。疲勞失效疲勞失效 - -裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展1 1、局部應(yīng)力、局部應(yīng)力：由于結(jié)構(gòu)、材料及載荷不連續(xù)而在局部由于結(jié)構(gòu)、材料及載荷不連續(xù)而在局部區(qū)域所產(chǎn)生的附加應(yīng)力區(qū)域所產(chǎn)生的附加應(yīng)力2 2、產(chǎn)生的原因、產(chǎn)生的原因：局部載荷局部載荷局部材料不連續(xù)處局部材料不連續(xù)處局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)處局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)處注意：結(jié)構(gòu)不連續(xù)分類：注意：結(jié)構(gòu)不連續(xù)分類：B B、局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)、局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)：系指幾何形狀或材料的不連續(xù)，使結(jié)構(gòu)

34、在較系指幾何形狀或材料的不連續(xù)，使結(jié)構(gòu)在較小范圍內(nèi)的應(yīng)力或應(yīng)變發(fā)生變化，對結(jié)構(gòu)總的應(yīng)小范圍內(nèi)的應(yīng)力或應(yīng)變發(fā)生變化，對結(jié)構(gòu)總的應(yīng)力分布與變形無顯著影響。力分布與變形無顯著影響。例如：小的過渡園角處、殼體與小附件連接處，例如：小的過渡園角處、殼體與小附件連接處，以及未全熔透的焊縫等。以及未全熔透的焊縫等。3 3、應(yīng)力集中及應(yīng)力集中系數(shù)、應(yīng)力集中及應(yīng)力集中系數(shù)：局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)，在很小范圍內(nèi)引起應(yīng)力應(yīng)局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)，在很小范圍內(nèi)引起應(yīng)力應(yīng)變增大的現(xiàn)象，稱為變增大的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力集中應(yīng)力集中。 應(yīng)力集中區(qū)最大應(yīng)力與殼體基本應(yīng)力之比稱為應(yīng)力集中區(qū)最大應(yīng)力與殼體基本應(yīng)力之比稱為應(yīng)力集中系數(shù)，即。應(yīng)力集中系數(shù)

35、，即。/maxtK4 4、應(yīng)力集中（或局部應(yīng)力）主要特點、應(yīng)力集中（或局部應(yīng)力）主要特點 ：數(shù)值往往高出殼體基本應(yīng)力數(shù)值往往高出殼體基本應(yīng)力 應(yīng)力衰減較快，具有局部性應(yīng)力衰減較快，具有局部性 屬于二次應(yīng)力，具有自限性。（構(gòu)件變屬于二次應(yīng)力，具有自限性。（構(gòu)件變形受到外部或自身約束所產(chǎn)出生的應(yīng)力）形受到外部或自身約束所產(chǎn)出生的應(yīng)力）5 5、局部應(yīng)力或集中應(yīng)力的對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響、局部應(yīng)力或集中應(yīng)力的對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響（1 1）對于韌性好的材料對于韌性好的材料，當(dāng)局部應(yīng)力達(dá)到屈當(dāng)局部應(yīng)力達(dá)到屈服限后，材料可通過不斷擴(kuò)大屈服區(qū)吸收服限后，材料可通過不斷擴(kuò)大屈服區(qū)吸收載荷能量和調(diào)整應(yīng)力分布，從而使得局部載荷能量和調(diào)整應(yīng)力分布，從而使得局部高應(yīng)力緩解，高應(yīng)力緩解，即有自限性即有自限性，因此一定條件，因此一定條件下局部高應(yīng)力在設(shè)計上是允許的；下局部高應(yīng)力在設(shè)計上是允許的；（2 2）在變動載荷條件下在變動載荷條件下，局部高應(yīng)力會導(dǎo)致，局部高應(yīng)力會導(dǎo)致疲勞裂紋產(chǎn)生，從而使容器疲勞裂紋產(chǎn)生，從而使容器疲勞失效疲勞失效。應(yīng)力