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文檔簡介
壓力容器受壓元件分析講義桑如苞第一頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二內(nèi)外壓容器受壓元件分析壓力容器都離不開一個(gè)為建立壓力所必須的承壓外殼—壓力殼。內(nèi)外壓容器設(shè)計(jì)即是指對(duì)組成壓力殼的各種元件在壓力作用下的設(shè)計(jì)計(jì)算。第二頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二壓力殼必須以一定方式來支承:當(dāng)采用鞍式支座支承時(shí)成為臥式容器的形式,由于自重、物料等重力作用,在壓力殼上(特別是支座部位)產(chǎn)生應(yīng)力,其受力相當(dāng)于一個(gè)兩端外伸的簡支梁,對(duì)其計(jì)算即為臥式容器標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第三頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二當(dāng)采用立式支承時(shí)成為立(塔)式容器的形式,由于自重、物料重力、風(fēng)載、地震等作用,在壓力殼上產(chǎn)生應(yīng)力,其受力相當(dāng)于一個(gè)直立的懸臂梁,對(duì)其計(jì)算即為塔式容器標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。當(dāng)壓力殼做成球形以支腿支承時(shí),即成為球罐,在自重、物料重力、風(fēng)載、地震等作用下的計(jì)算即為球形儲(chǔ)罐標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第四頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二壓力作用下,以薄膜應(yīng)力承載,為此整體上產(chǎn)生一次薄膜應(yīng)力,控制值1倍許用應(yīng)力。但在相鄰元件連接部位,會(huì)因變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生局部薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力,稱二次應(yīng)力,控制值3倍許用應(yīng)力。壓力作用下,以彎曲應(yīng)力承載,為此整體上產(chǎn)生一次彎曲應(yīng)力,控制值1.5倍許用應(yīng)力。一、壓力容器的構(gòu)成內(nèi)外壓容器受壓元件分析第五頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二1.各種殼的壁厚計(jì)算公式都可以圓筒公式為基礎(chǔ)來表示。1)圓筒公式:
2)球殼公式:3)橢封公式:4)碟封公式:二、各種殼元件壁厚計(jì)算公式分析比較內(nèi)外壓容器受壓元件分析第六頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二5)錐封公式:
6)錐封大端加強(qiáng)段公式:7)錐封小端加強(qiáng)段公式:8)球冠封頭公式:內(nèi)外壓容器受壓元件分析第七頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二2、各種殼元件壁厚計(jì)算所針對(duì)的最大應(yīng)力的狀況
內(nèi)外壓容器受壓元件分析第八頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二內(nèi)外壓容器受壓元件分析第九頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二1.圓筒1)應(yīng)力狀況:兩向薄膜應(yīng)力
環(huán)向應(yīng)力為軸向應(yīng)力的兩倍。2)壁厚計(jì)算公式:
符號(hào)說明見GB150,稱中徑公式。
適用范圍,K≤1.5,等價(jià)于pc≤0.4[σ]t
三、壓力容器受壓元件計(jì)算內(nèi)外壓容器受壓元件分析第十頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二3、各種殼元件壁厚設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)
1)基于強(qiáng)度設(shè)計(jì)基于一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度:
圓筒——環(huán)向[σ]
球殼——環(huán)向,經(jīng)向[σ]
錐殼——環(huán)向[σ]
基于一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度:
錐殼小端加強(qiáng)段——環(huán)向1.1[σ]基于一次薄膜應(yīng)力+二次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度:
錐殼大端加強(qiáng)段——經(jīng)向3[σ]
球冠形封頭——經(jīng)向3[σ]
內(nèi)外壓容器受壓元件分析第十一頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二2)基于強(qiáng)度和穩(wěn)定并存的設(shè)計(jì)
橢圓形封頭,碟形封頭強(qiáng)度:一次薄膜+二次彎曲,經(jīng)向,[σ]穩(wěn)定:環(huán)向,控制最小有效厚度。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第十二頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二1.圓筒1)應(yīng)力狀況:兩向薄膜應(yīng)力
環(huán)向應(yīng)力為軸向應(yīng)力的兩倍。2)壁厚計(jì)算公式:
符號(hào)說明見GB150,稱中徑公式。
適用范圍,K≤1.5,等價(jià)于pc≤0.4[σ]t
三、壓力容器受壓元件計(jì)算內(nèi)外壓容器受壓元件分析第十三頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二3)公式來由:
內(nèi)壓圓筒壁厚計(jì)算公式是從圓筒與內(nèi)壓的靜力平衡條件得出的。
設(shè)有內(nèi)壓圓筒(兩端設(shè)封頭)如圖所示內(nèi)外壓容器受壓元件分析第十四頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二(1)圓筒受壓力pc的軸向作用:pc在圓筒軸向產(chǎn)生的總軸向力:
圓筒橫截面的面積:fi=πDiδ由此產(chǎn)生的圓筒軸向應(yīng)力:
內(nèi)外壓容器受壓元件分析第十五頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二當(dāng)控制σh≤
時(shí),則:
此即按圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算的壁厚公式。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第十六頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二(2)圓筒受壓力pc的徑向作用
pc對(duì)圓筒徑向作用,在半個(gè)圓筒投影面上產(chǎn)生的合力(沿圖中水平方向):
F2=pc·Di·l承受此水平合力的圓筒縱截面面積:f2=2δl由此產(chǎn)生的圓筒環(huán)向應(yīng)力:內(nèi)外壓容器受壓元件分析第十七頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二當(dāng)控制σθ≤[σ]時(shí),
此式稱為內(nèi)壓圓筒的內(nèi)徑公式。上述計(jì)算公式認(rèn)為應(yīng)力是沿圓筒壁厚均勻分布的,它們對(duì)薄壁容器是適合的。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第十八頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二
但對(duì)于較厚壁厚的圓筒,其環(huán)向應(yīng)力并不是均勻分布的。薄壁內(nèi)徑公式與實(shí)際應(yīng)力存在較大誤差。對(duì)厚壁圓筒中的應(yīng)力情況以由彈性力學(xué)為基礎(chǔ)推導(dǎo)得出的拉美公式較好地反映了其分布。由拉美公式可知:
厚壁筒中存在三個(gè)方向的應(yīng)力,其中只有軸向應(yīng)力是沿厚度均勻布的。環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力均是非均勻分布的,且內(nèi)壁處為最大值。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第十九頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二
筒壁三向應(yīng)力中,以周向應(yīng)力最大,內(nèi)壁處達(dá)最大值,外壁處為最小值,內(nèi)外壁處的應(yīng)力差值隨K=Do/Di增大而增大。
當(dāng)K=1.5時(shí),由薄壁公式按均勻分布假設(shè)計(jì)算的環(huán)向應(yīng)力值比按拉美公式計(jì)算的圓筒內(nèi)壁處的最大環(huán)向應(yīng)力要偏低23%,存在較大的計(jì)算誤差。
由于薄壁公式形式簡單,計(jì)算方便、適于工程應(yīng)用。為了解決厚壁筒時(shí)薄壁公式引起的較大誤差,由此采取增大計(jì)算內(nèi)徑,以適應(yīng)增大應(yīng)力計(jì)算值的要求。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第二十頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二為此將圓筒計(jì)算內(nèi)徑改為中徑,即以(Di+δ)代替Di代入薄壁內(nèi)徑公式中,則有:
經(jīng)變形得:δ(2σθ-pc
)=pc·Di當(dāng)σθ控制在
,且考慮接頭系數(shù)
時(shí),
即σθ取
時(shí),則
此即GB150中的內(nèi)壓圓筒公式,稱中徑公式。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第二十一頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二
當(dāng)K=1.5時(shí),按此式計(jì)算的應(yīng)力與拉美公式計(jì)算的最大環(huán)向應(yīng)力僅偏小3.8%。完全滿足工程設(shè)計(jì)要求。4)公式計(jì)算應(yīng)力的意義
一次總體環(huán)向薄膜應(yīng)力,控制值[σ]。
內(nèi)外壓容器受壓元件分析第二十二頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二5)焊接接頭系數(shù)—指縱縫接頭系數(shù)6)二次應(yīng)力
當(dāng)圓筒與半球形封頭、橢圓形封頭連接時(shí)二次應(yīng)力很小,能自動(dòng)滿足3[σ]的強(qiáng)度條件,故可不予考慮。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第二十三頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二2.球殼
1)應(yīng)力狀況:各向薄膜應(yīng)力相等2)厚度計(jì)算式:
稱中徑公式。
適用范圍:
等價(jià)于K≤1.3533)公式來由:同圓筒軸向應(yīng)力作用情況內(nèi)外壓容器受壓元件分析第二十四頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二4)計(jì)算應(yīng)力的意義:
一次總體、薄膜應(yīng)力(環(huán)向、經(jīng)向)
控制值:
5)焊縫接頭系數(shù):
指所有拼縫接頭系數(shù)(縱縫、環(huán)縫)。注意:包括球封與圓筒的連接環(huán)縫系數(shù)。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第二十五頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二6)與圓筒的連接結(jié)構(gòu)
見GB150附錄J圖J1(d)、(e)、(f)。
原則:不能削薄圓筒,局部加厚球殼。7)二次應(yīng)力
當(dāng)半球形封頭與圓筒連接時(shí)二次應(yīng)力很小,能自動(dòng)滿足3[σ]的強(qiáng)度條件,故可不予考慮。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第二十六頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二3.橢圓封頭A、內(nèi)壓作用下1)應(yīng)力狀況a.薄膜應(yīng)力
內(nèi)外壓容器受壓元件分析第二十七頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二a)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭薄膜應(yīng)力分布經(jīng)向應(yīng)力:最大拉應(yīng)力在頂點(diǎn)。環(huán)向應(yīng)力:最大拉應(yīng)力在頂點(diǎn),最大壓應(yīng)力在底邊。b)變形特征:趨圓。c)計(jì)算對(duì)象意義:拉應(yīng)力——強(qiáng)度計(jì)算壓應(yīng)力——穩(wěn)定控制內(nèi)外壓容器受壓元件分析第二十八頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二b.彎曲應(yīng)力(與圓筒連接)
a)變形協(xié)調(diào),形成邊界力。b)產(chǎn)生二次應(yīng)力內(nèi)外壓容器受壓元件分析第二十九頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二c.橢圓封頭的應(yīng)力:薄膜應(yīng)力加彎曲應(yīng)力。
最大應(yīng)力的發(fā)生部位、方向、組成。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第三十頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二d.形狀系數(shù)K的意義K為封頭上的最大應(yīng)力與對(duì)接圓筒中的環(huán)向薄膜應(yīng)力的比值,
K分布曲線可回歸成公式:不同a/b的K見GB150表7-1。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭K=1。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第三十一頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二2)計(jì)算公式
近似可理解為圓筒厚度的K倍.3)焊縫接頭系數(shù)
指拼縫,但不包括橢封與圓筒的連接環(huán)縫的接頭系數(shù)。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第三十二頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二4)內(nèi)壓穩(wěn)定a.a/b≯2.6限制條件b.防止失穩(wěn),限制封頭最小有效厚度:a/b≤2即K≤1δmin≥0.15%Dia/b>2即K>1δmin≥0.30%Di內(nèi)外壓容器受壓元件分析第三十三頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二B.外壓作用下1)封頭穩(wěn)定計(jì)算是以薄膜應(yīng)力為對(duì)象的a.變形特征:趨扁。b.計(jì)算對(duì)象:
過渡區(qū)——不存在穩(wěn)定問題。
封頭中心部分——“球面區(qū)”有穩(wěn)定問題。c.計(jì)算意義:按外壓球殼。
當(dāng)量球殼:對(duì)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭;
當(dāng)量球殼計(jì)算外半徑:Ro=0.9DoDo——封頭外徑內(nèi)外壓容器受壓元件分析第三十四頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二2)對(duì)對(duì)接圓筒的影響外壓圓筒計(jì)算長度L的意義——L為兩個(gè)始終保持圓形的截面之間的距離。橢圓封頭曲面深度的1/3處可視為能保持圓形的截面。為此由兩個(gè)橢圓封頭與圓筒相連接的容器,該圓筒的外壓計(jì)算長度L=圓筒長度+兩個(gè)橢圓封頭的直邊段長度+兩倍橢圓封頭曲面深度的1/3。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第三十五頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二3)圓筒失穩(wěn)特點(diǎn)a.周向失穩(wěn)(外壓作用)圓形截面變成波形截面,波數(shù)n從2個(gè)波至多個(gè)波。n=2稱長圓筒,n>2稱短圓筒。b.軸向失穩(wěn)(軸向力及彎矩作用)塔在風(fēng)彎、地震彎矩和重力載荷作用下的失穩(wěn)。軸線由直線變成波折線。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第三十六頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二c.外壓圓筒計(jì)算系數(shù)A—外壓圓筒臨界失穩(wěn)時(shí)的周向壓縮應(yīng)變,與材料無關(guān),只與結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)(查圖6—2)。B—外壓圓筒許用的周向壓縮應(yīng)力的2倍,與材料彈性模量有關(guān)(查圖6—3至圖6—10)。d.外壓圓筒許用外壓的計(jì)算D0×L×P=2δe×B/2×LD0×P=δe×B[P]=δe×B/D0=B/(D0/δe)—GB150式(6—1)內(nèi)外壓容器受壓元件分析第三十七頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二e.外壓圓筒的計(jì)算外壓圓筒既有穩(wěn)定問題又有壓縮強(qiáng)度問題?!獙?duì)D0/δe≥20的圓筒通常只有穩(wěn)定問題,為此僅需按穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算,GB150中(6-1)式、(6-2)式即是。(6-2)式是指在彈性階段時(shí)的計(jì)算式。——對(duì)D0/δe<20的圓筒穩(wěn)定問題和壓縮強(qiáng)度問題并存,為此需按穩(wěn)定和強(qiáng)度分別進(jìn)行計(jì)算,GB150中(6-4)式中前一項(xiàng)即是按穩(wěn)定計(jì)算的許用外壓力,第二項(xiàng)即是按壓縮強(qiáng)度計(jì)算的許用外壓力。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第三十八頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二——對(duì)D0/δe<4的圓筒,其外壓失穩(wěn)都為長圓筒形式,故失穩(wěn)時(shí)的臨界應(yīng)變A都直接按長圓筒計(jì)算,(6—3)式即是。4.碟形封頭受力、變形特征,應(yīng)力分布,穩(wěn)定,控制條件與橢封相似,只不過形狀系數(shù)由K(橢封)改為M。內(nèi)容從略.內(nèi)外壓容器受壓元件分析第三十九頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二5.錐形封頭1)薄膜應(yīng)力狀態(tài)a.計(jì)算模型:當(dāng)量圓筒。應(yīng)力狀況與圓筒相似。同處的環(huán)向應(yīng)力等于軸向應(yīng)力的兩倍,但不同直徑處應(yīng)力不同。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第四十頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二b.計(jì)算公式:
式中Dc——計(jì)算直徑內(nèi)外壓容器受壓元件分析第四十一頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二c.計(jì)算應(yīng)力的意義
一次、總體(大端)環(huán)向薄膜應(yīng)力,控制值
。d.焊縫接頭系數(shù)
指錐殼縱縫的接頭系數(shù)。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第四十二頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二2)彎曲應(yīng)力狀態(tài)(發(fā)生于與圓筒連接部位)a.變形協(xié)調(diào),產(chǎn)生邊界力,可引起較大邊緣應(yīng)力,即二次應(yīng)力,需考慮。b.錐殼端部的應(yīng)力:由薄膜應(yīng)力+邊緣應(yīng)力組成。大端:最大應(yīng)力為縱向(軸向)拉伸薄膜應(yīng)力+軸向彎曲拉伸應(yīng)力組成。小端:起控制作用的應(yīng)力為環(huán)向(局部)薄膜應(yīng)力。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第四十三頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二c.大、小端厚度的確定。a)大端:
當(dāng)軸向總應(yīng)力超過
時(shí),(由查圖7-11確定),則需另行計(jì)算厚度,稱大端加強(qiáng)段厚度。
計(jì)算公式:
其中:Q稱應(yīng)力增值系數(shù),體現(xiàn)了邊緣應(yīng)力的作用,并將許用應(yīng)力控制值放寬至
。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第四十四頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二b)小端:
當(dāng)環(huán)向局部薄膜應(yīng)力超過
(由查圖7-13確定)時(shí),則需另行計(jì)算厚度,稱小端加強(qiáng)段厚度。
計(jì)算公式:
其中:Q也稱應(yīng)力增值系數(shù),其中體現(xiàn)邊界力作用引起的局部環(huán)向薄膜應(yīng)力,并將許用應(yīng)力控制值調(diào)至
。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第四十五頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二d.加強(qiáng)段長度a)錐殼大端加強(qiáng)段長度L1:
與之相接的圓筒也同時(shí)加厚至δr,稱圓筒加強(qiáng)段其最小長度
大端加強(qiáng)段長度的意義——當(dāng)量圓筒在均布邊界力作用下,圓筒中軸向彎曲應(yīng)力的衰減長度。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第四十六頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二b)錐殼小端加強(qiáng)段長度L1
與之相接的圓筒也同時(shí)加厚至δr,稱圓筒加強(qiáng)段,其最小長度
。小端加強(qiáng)段長度的意義——當(dāng)量圓筒在均布邊界力作用下圓筒中局部環(huán)向薄膜應(yīng)力的衰減長度。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第四十七頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二c)錐殼大小端加強(qiáng)段長度比較
略去大端與小端直徑的差異,大端軸向彎曲應(yīng)力的衰減長度約為小端環(huán)向薄膜應(yīng)力的衰減長度的
倍(1.414倍)。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第四十八頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二e.焊縫接頭系數(shù)
大端指
小端指
之小者應(yīng)注意:錐殼加強(qiáng)段厚度δr計(jì)算中的
與錐殼厚度δ計(jì)算中的
是不同的。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第四十九頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二3)折邊錐形封頭
當(dāng)錐殼大端加強(qiáng)段厚度較大時(shí),可采用帶折邊結(jié)構(gòu)。它將大大緩和其軸向彎曲應(yīng)力,此時(shí)錐形封頭帶折邊的大端,按當(dāng)量碟形封頭計(jì)算。
對(duì)錐形封頭小端帶折邊的結(jié)構(gòu),其對(duì)減小環(huán)向薄膜應(yīng)力作用不明顯,為此對(duì)α≤45°時(shí)計(jì)算與無折邊相同。對(duì)α>45°時(shí),Q查圖(7—5)。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第五十頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二6.圓平板1)應(yīng)力狀況:
兩向彎曲應(yīng)力,徑向、環(huán)向彎曲應(yīng)力。2)兩種極端邊界支持條件a.簡支:圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)不受約束,σmax在板中心,徑向彎曲應(yīng)力與環(huán)向彎曲應(yīng)力相等。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第五十一頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二b.固支:
圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)受絕對(duì)約束(等于零),σmax在板邊緣,為徑向彎曲應(yīng)力。c.螺栓墊片聯(lián)接的平蓋:
按簡支圓板處理,σmax在板中心。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第五十二頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二四、開孔補(bǔ)強(qiáng)1.殼和板的開孔補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則。a.殼(內(nèi)壓)的補(bǔ)強(qiáng)
——拉伸強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng),等面積補(bǔ)強(qiáng)。b.板的補(bǔ)強(qiáng)
——彎曲強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng),半面積補(bǔ)強(qiáng)。c.殼(外壓)的補(bǔ)強(qiáng)
——彎曲強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng),半面積補(bǔ)強(qiáng)。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第五十三頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二2.等面積補(bǔ)強(qiáng)法。補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算對(duì)象是薄膜應(yīng)力,未計(jì)及開孔邊緣的二次應(yīng)力(彎曲應(yīng)力等)。大開孔時(shí),由于孔邊出現(xiàn)較大的彎曲應(yīng)力,故不適用大開孔。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第五十四頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二圖中a,b,c三孔,由于“計(jì)算直徑”相同,從等面積補(bǔ)強(qiáng)來講,開孔補(bǔ)強(qiáng)面積是一樣的,但孔邊的應(yīng)力集中相差很大。在A點(diǎn),a孔K=4.5b孔K=2.5c孔K=1.5所以圓筒上的長孔,應(yīng)使長軸垂直筒體軸線。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第五十五頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二為此GB150中,對(duì)等面積補(bǔ)強(qiáng)法:※限制長圓孔長短徑之比a/b≤2,是為了控制孔邊的應(yīng)力集中;※限制開孔率(d/D)≤0.5,是為了控制孔邊出現(xiàn)過大的彎曲應(yīng)力。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第五十六頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二1)開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積A
A=dδ+2δetδ(1-fr)d——開孔計(jì)算直徑,d=di+2cδ——開孔計(jì)算厚度,開孔部位按公式計(jì)算的厚度。dδ——?dú)んw開孔喪失的承受強(qiáng)度的面積。2δetδ(1-fr)——由于接管材料強(qiáng)度低于筒體時(shí)所需另行補(bǔ)償?shù)拿娣e。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第五十七頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二內(nèi)外壓容器受壓元件分析第五十八頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二2)有效補(bǔ)強(qiáng)范圍
a.殼體:B=2d意義:受均勻拉伸的開小孔大平板,孔邊局部應(yīng)力的衰減范圍。b.接管:
意義:圓柱殼在端部均布力作用下,殼中環(huán)向薄膜應(yīng)力的衰減范圍(同錐殼小端加強(qiáng)段長度的意義)。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第五十九頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二3.d,δ的確定。1)da.圓筒:縱向截面上的開孔直徑內(nèi)外壓容器受壓元件分析第六十頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二b.球殼:較大直徑c.橢封,碟封,同球殼d.錐殼:同圓筒。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第六十一頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二2)δa.圓筒:按δb.球殼:按δc.橢圓封頭:過渡區(qū)δ取封頭計(jì)算厚度,球面區(qū)δ取球面當(dāng)量球殼計(jì)算厚度。標(biāo)準(zhǔn)橢封當(dāng)量球殼半徑Ri=0.9Di內(nèi)外壓容器受壓元件分析第六十二頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二d.碟形封頭:周邊r部位開孔,δ取封頭計(jì)算厚度中心R部位開孔,δ取球殼計(jì)算厚度。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第六十三頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二e.錐形封頭δ取開孔中心處計(jì)算直徑2R的計(jì)算厚度。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第六十四頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二4.各種殼元件上開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算參數(shù)(d,δ)開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積A=dδ+2δetδ(1-fr)元件開孔部位dδ圓筒任意沿筒體軸向開孔直徑圓筒計(jì)算厚度球殼任意較大直徑球殼計(jì)算厚度橢封球面區(qū)較大直徑當(dāng)量球殼計(jì)算厚度過渡區(qū)封頭計(jì)算厚度碟封球面區(qū)較大直徑球殼計(jì)算厚度封頭計(jì)算厚度過渡區(qū)錐封任意沿錐殼母線長度方向開孔直徑錐殼計(jì)算厚度(按開孔中心處對(duì)應(yīng)的錐殼直徑計(jì))球冠形封頭球面區(qū)較大直徑球殼計(jì)算厚度加強(qiáng)段加強(qiáng)段計(jì)算厚度內(nèi)外壓容器受壓元件分析第六十五頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二內(nèi)外壓容器受壓元件分析第六十六頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二5.壓力面積法內(nèi)外壓容器受壓元件分析第六十七頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二6.等面積法與壓力面積法比較等面積法:筒體上的補(bǔ)強(qiáng)范圍壓力面積法:筒體上的補(bǔ)強(qiáng)范圍
對(duì)小直徑低壓容器
↓,若開大孔
↑,則
,等面積法的補(bǔ)強(qiáng)范圍大于壓力面積法。所以筒體上多余面積可利用較多,則另行補(bǔ)強(qiáng)面積就可少(補(bǔ)強(qiáng)板可小)。反之
(對(duì)于大直徑容器
↑,如開孔
↓),則相反。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第六十八頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二7.大開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)1)大開孔邊緣的應(yīng)力
a.局部薄膜應(yīng)力
σmb.彎曲應(yīng)力
σb
σm≈σb
所以大開孔補(bǔ)強(qiáng)不能忽略彎曲應(yīng)力的作用。內(nèi)外壓容器受壓元件分析第六十九頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二2)大開孔邊緣的彎矩a.ASME給出的繞圓筒母線的彎矩b.
圓筒雙向倍值拉伸引起的彎矩c.接管與圓筒在壓力作用自由變形差引起的邊緣彎矩內(nèi)外壓容器受壓元件分析第七十頁,共八十頁,編輯于2023年,星期二左半個(gè)圓筒上的力對(duì)1-1截面的彎矩所以圓筒在壓力作用下只有薄膜應(yīng)力,沒有彎曲應(yīng)力
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