演示文稿內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力

演示文稿內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力當(dāng)前第1頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（優(yōu)選）內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力當(dāng)前第2頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)薄膜理論與有矩理論概念：計(jì)算殼壁應(yīng)力有如下理論：（1）無(wú)矩理論，即薄膜理論。假定殼壁如同薄膜一樣，只承受拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，完全不能承受彎矩和彎曲應(yīng)力。殼壁內(nèi)的應(yīng)力即為薄膜應(yīng)力。當(dāng)前第3頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（2）有矩理論。殼壁內(nèi)存在除拉應(yīng)力或壓應(yīng)力外，還存在彎曲應(yīng)力。

在工程實(shí)際中，理想的薄壁殼體是不存在的，因?yàn)榧词箽け诤鼙?，殼體中還會(huì)或多或少地存在一些彎曲應(yīng)力，所以無(wú)矩理論有其近似性和局限性。由于彎曲應(yīng)力一般很小，如略去不計(jì)，其誤差仍在工程計(jì)算的允許范圍內(nèi)，而計(jì)算方法大大簡(jiǎn)化，所以工程計(jì)算中常采用無(wú)矩理論。當(dāng)前第4頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)內(nèi)力無(wú)力矩理論（薄膜理論）有力矩理論（彎曲理論）無(wú)力矩理論和有力矩理論載荷軸對(duì)稱當(dāng)前第5頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)無(wú)力矩狀態(tài)只是殼體可能的應(yīng)力狀態(tài)之一無(wú)力矩狀態(tài)下，薄殼中的應(yīng)力沿壁厚均勻分布，可使材料強(qiáng)度得到合理利用，是最理想的應(yīng)力狀態(tài)。無(wú)力矩理論可使殼體的應(yīng)力分析大為簡(jiǎn)化，薄殼的應(yīng)力分析以無(wú)力矩理論為基礎(chǔ)。幾點(diǎn)提示當(dāng)前第6頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)3.1.2基本概念與基本假設(shè)1.基本概念回轉(zhuǎn)殼體——由直線或平面曲線繞其同平面內(nèi)的固定軸旋轉(zhuǎn)3600而成的殼體?；剞D(zhuǎn)殼體的形成當(dāng)前第7頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)幾個(gè)典型回轉(zhuǎn)殼體當(dāng)前第8頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)軸對(duì)稱——指殼體的幾何形狀、約束條件和所受外力都對(duì)稱于回轉(zhuǎn)軸。與殼體內(nèi)外表面等距離的曲面——中間面母線：——即那條平面曲線當(dāng)前第9頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

法線：經(jīng)線：過經(jīng)線任一點(diǎn)垂直中間面的直線過軸線的平面與中間面的交線緯線(平形圓)：作圓錐面與殼體中間面正交，所得交線。當(dāng)前第10頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)第一曲率半徑第二曲率半徑回轉(zhuǎn)薄殼幾何要素當(dāng)前第11頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)2.基本假設(shè)：（1）小位移假設(shè)。殼體受壓變形，各點(diǎn)位移都小于壁厚。簡(jiǎn)化計(jì)算。（2）直法線假設(shè)。沿厚度各點(diǎn)法向位移均相同，即厚度不變。（3）不擠壓假設(shè)。沿壁厚各層纖維互不擠壓，即法向應(yīng)力為零。當(dāng)前第12頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)3.1.3經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算——區(qū)域平衡方程當(dāng)前第13頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式：(MPa)式中sm---經(jīng)向應(yīng)力；

p-----介質(zhì)內(nèi)壓，（MPa）；

R2-------第二曲率半徑，（mm)；

S--------殼體壁厚，（mm）。當(dāng)前第14頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)3.1.4環(huán)向應(yīng)力計(jì)算——微體平衡方程當(dāng)前第15頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)環(huán)向應(yīng)力計(jì)算公式

——微體平衡方程式中sm---經(jīng)向應(yīng)力（MPa);

sq---環(huán)向應(yīng)力（MPa）；

R1----第一曲率半徑（mm）；

R2----第二曲率半徑（mm）；

p----介質(zhì)壓力（MPa）；

S----殼體壁厚（mm)。當(dāng)前第16頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)p微體平衡方程的推導(dǎo)當(dāng)前第17頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)OO經(jīng)向力和+d在法線上的分量

當(dāng)前第18頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)周向力在法線上的分量

當(dāng)前第19頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)微體平衡方程（拉普拉斯Laplace方程）當(dāng)前第20頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)薄膜理論的應(yīng)用范圍1.材料是均勻的，各向同性的。厚度無(wú)突變，材料物理性能相同；2.軸對(duì)稱——幾何軸對(duì)稱，材料軸對(duì)稱，載荷軸對(duì)稱，支撐軸對(duì)稱；3.連續(xù)——幾何連續(xù)，載荷（支撐）分布連續(xù)，材料連續(xù)。4.殼體邊界力在殼體曲面的切平面內(nèi)。無(wú)橫向剪力和彎距作用，自由支撐等；當(dāng)前第21頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)

典型殼體受氣體內(nèi)壓時(shí)存在的應(yīng)力：——環(huán)向應(yīng)力——經(jīng)向應(yīng)力圓錐殼體圓柱殼體——經(jīng)向應(yīng)力——環(huán)向應(yīng)力當(dāng)前第22頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)3.2薄膜理論的應(yīng)用3.2.1.受氣體內(nèi)壓的圓筒形殼體式中R2=D/2則2.環(huán)向應(yīng)力：由式中p,S為已知，而R1=∞,帶入上式，解得！圓筒體上任一點(diǎn)處，1.經(jīng)向應(yīng)力：當(dāng)前第23頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)圓柱殼壁內(nèi)應(yīng)力分布當(dāng)前第24頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)動(dòng)腦筋???(A)(B)(C)×√×當(dāng)前第25頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)韌性破壞-照片當(dāng)前第26頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)實(shí)例當(dāng)前第27頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)圓柱殼應(yīng)力分布結(jié)論1、σθ=2σm

圓柱殼的縱向截面是薄弱截面。2、圓柱殼的承壓能力取決于厚徑比（S/D），并非厚度越大承壓能力越好。當(dāng)前第28頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)3.2.2.受氣體內(nèi)壓的球形殼體用場(chǎng)：球形容器，半球形封頭，無(wú)折邊球形封頭等。當(dāng)前第29頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)半球形封頭無(wú)折邊球形封頭當(dāng)前第30頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)※條件相同時(shí)，球殼內(nèi)應(yīng)力與圓筒形殼體的經(jīng)向應(yīng)力相同，為圓筒殼內(nèi)環(huán)向應(yīng)力的一半。球殼的R1=R2,則當(dāng)前第31頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)球殼應(yīng)力分布結(jié)論1、球殼各點(diǎn)σθ=σm

說(shuō)明球殼的薄膜應(yīng)力分布十分均勻。2、在載荷和幾何條件相同的情況下，球殼的最大應(yīng)力只是圓柱殼的一半，故球殼的承壓能力比圓柱殼好。當(dāng)前第32頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)3.2.3受氣體內(nèi)壓的橢球殼用場(chǎng)：橢圓形封頭。成型：1/4橢圓線繞同平面Y軸旋轉(zhuǎn)而成。當(dāng)前第33頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)橢圓形封頭（橢球殼）當(dāng)前第34頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)橢球殼的長(zhǎng)半軸——a

短半軸——b橢球殼頂點(diǎn)坐標(biāo)：（0,b）邊緣坐標(biāo)：（a,0）當(dāng)前第35頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)橢球殼應(yīng)力計(jì)算公式：應(yīng)力分布分析：x=0,即橢球殼的頂點(diǎn)處x=a,即橢球殼的邊緣處,※sm是常量，sq是a/b的函數(shù)。即受橢球殼的結(jié)構(gòu)影響?！鶅上驊?yīng)力相等，均為拉應(yīng)力。當(dāng)前第36頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)橢球殼應(yīng)力分布幾點(diǎn)結(jié)論1、橢球殼上各點(diǎn)應(yīng)力大小與點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y）有關(guān)2、橢球殼上各點(diǎn)應(yīng)力大小及分布狀況與a/b有關(guān)3、σm恒為正，最大值在頂點(diǎn)，最小值在赤道。σθ在頂點(diǎn)恒為正，在赤道有大于零、等于零、小于零三種情況。當(dāng)前第37頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)Pa/2SPa/2SPa/2S當(dāng)前第38頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)橢球殼的應(yīng)力分布標(biāo)準(zhǔn)橢球殼指a/b=21.橢球殼的幾何是否連續(xù)？2.環(huán)向應(yīng)力在橢球殼與圓筒殼連接點(diǎn)處有突變，為什麼？當(dāng)前第39頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)思考考慮封頭上不同形狀殼體交界點(diǎn)處的應(yīng)力當(dāng)前第40頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)3.2.4受氣體內(nèi)壓的錐形殼體①.用場(chǎng)：容器的錐底封頭，塔體之間的變徑段，儲(chǔ)槽頂蓋等。當(dāng)前第41頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)錐形封頭當(dāng)前第42頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)②.應(yīng)力計(jì)算錐殼上任一點(diǎn)A處的應(yīng)力計(jì)算公式：R1=∞R2=r/cosa式中r---A點(diǎn)的平行圓半徑;

α---半錐角，

S---錐殼壁厚。

由薄膜理論公式得※應(yīng)力大小與r成正比，最大r為D/2,則最大應(yīng)力為：當(dāng)前第43頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)③.錐殼的應(yīng)力分布1.圓筒殼與錐殼連接處應(yīng)力突變，為什麼？從結(jié)構(gòu)上如何解決？2.半錐角越大，錐殼上的最高應(yīng)力如何變化？3.在錐殼上那個(gè)位置開孔，強(qiáng)度削弱最小？當(dāng)前第44頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)圓錐殼應(yīng)力分布結(jié)論1、圓錐殼兩向應(yīng)力均與x成線性關(guān)系，離錐頂越遠(yuǎn)，應(yīng)力越大。2、圓錐殼兩向應(yīng)力隨α的增大而增大，故錐殼的半頂角不宜過大。當(dāng)前第45頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)受氣體內(nèi)壓的碟形殼①.碟形殼的形成：母線abc=半徑為R的圓弧ab+半徑為r1的圓弧bc——碟形殼的構(gòu)成：半徑為R的球殼+半徑為r1的褶邊當(dāng)前第46頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)蝶形封頭當(dāng)前第47頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)②.幾何特征a.母線abc是不連續(xù)的，即R1不連續(xù)，在b點(diǎn)發(fā)生突變：球殼部分R1=R;

褶邊部分R1=r1

。b.R2是連續(xù)的變量。球殼部分R2=R；摺邊部分當(dāng)前第48頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)③碟形殼的應(yīng)力分布1.b點(diǎn)和c點(diǎn)的R1,R2如何變化？

2.碟形殼與圓筒殼連接點(diǎn)處應(yīng)力狀態(tài)如何？當(dāng)前第49頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)1、殼體的曲率、厚度、載荷沒有突變，材料的物理性質(zhì)相同。2、殼體邊界上沒有力矩和橫向力的作用。3、殼體邊界上的法向位移和轉(zhuǎn)角不受限制（殼體邊界上的約束只能沿經(jīng)線的切線方向）無(wú)力矩理論的應(yīng)用條件當(dāng)前第50頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)3.3內(nèi)壓容器邊緣應(yīng)力簡(jiǎn)介

邊緣應(yīng)力概念壓力容器邊緣——指“不連續(xù)處”，主要是幾何不連續(xù)及載荷（支撐）不連續(xù)處，以及溫度不連續(xù)，材料不連續(xù)等處。例如：幾何不連續(xù)處：當(dāng)前第51頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)溫度不連續(xù)：材料不連續(xù)：

在不連續(xù)點(diǎn)處，由于介質(zhì)壓力及溫度作用，除了產(chǎn)生薄膜應(yīng)力外，還發(fā)生變形協(xié)調(diào)，導(dǎo)致了附加內(nèi)力的產(chǎn)生。當(dāng)前第52頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)舉例當(dāng)前第53頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)邊緣處產(chǎn)生附加內(nèi)力：

M0-附加彎矩；

Q0-附加剪力。邊緣應(yīng)力的產(chǎn)生當(dāng)前第54頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)邊緣應(yīng)力的產(chǎn)生當(dāng)前第55頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)3.3.2邊緣應(yīng)力特點(diǎn)（1）.局部性只產(chǎn)生在一局部區(qū)域內(nèi)，邊緣應(yīng)力衰減很快。見如下測(cè)試結(jié)果：當(dāng)前第56頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)二、電阻應(yīng)變法測(cè)量應(yīng)力的基本原理（一）電阻應(yīng)變片

當(dāng)前第57頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（二）箔式應(yīng)變片

當(dāng)前第58頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)2、導(dǎo)線的連接與固定當(dāng)前第59頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)當(dāng)前第60頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)3、應(yīng)變測(cè)量1234567圖1-1薄壁容器應(yīng)力測(cè)試裝置1—排氣閥；2—壓力表；3—薄壁容器4—壓力表；5—試壓泵；6—進(jìn)水閥；7—放水閥當(dāng)前第61頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)①測(cè)點(diǎn)選擇和布片方案的確定②工作片、補(bǔ)償片和預(yù)調(diào)平衡箱、電阻應(yīng)變儀的連接。③容器內(nèi)氣體的排除④預(yù)加載和卸載⑤預(yù)調(diào)平衡、應(yīng)變測(cè)量。⑥系統(tǒng)卸載，關(guān)閉電機(jī)和測(cè)量?jī)x器。應(yīng)變測(cè)量步驟當(dāng)前第62頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)當(dāng)前第63頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)當(dāng)前第64頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)當(dāng)前第65頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)當(dāng)前第66頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)當(dāng)前第67頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)當(dāng)前第68頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)（2）.自限性邊緣應(yīng)力是由于不連續(xù)點(diǎn)的兩側(cè)產(chǎn)生相互約束而出現(xiàn)的附加應(yīng)力。當(dāng)邊緣處的附加應(yīng)力達(dá)到材料屈服極限時(shí)，相互約束便緩解了，不會(huì)無(wú)限制地增大。當(dāng)前第69頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)容器中的應(yīng)力分類-分三大類容器的應(yīng)力分類一次應(yīng)力二次應(yīng)力峰值應(yīng)力當(dāng)前第70頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)容器中的應(yīng)力分類-一次應(yīng)力容器的應(yīng)力分類當(dāng)一次應(yīng)力超過屈服點(diǎn)時(shí)會(huì)引起容器的顯著變形或失效，對(duì)容器的失效影響最大

可分為三種是平衡外加載荷所需的應(yīng)力，滿足外載與內(nèi)力及內(nèi)力矩的平衡，具有非自限性當(dāng)前第71頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)容器的應(yīng)力分類一次總體薄膜應(yīng)力Pm

薄膜應(yīng)力指沿厚度均勻分布的應(yīng)力，等于沿壁厚方向的應(yīng)力平均值

典型實(shí)例：薄壁圓筒或球殼中遠(yuǎn)離不連續(xù)區(qū)域的薄膜應(yīng)力，或厚壁筒中的軸向應(yīng)力及周向應(yīng)力的平均值容器總體范圍內(nèi)存在的薄膜應(yīng)力當(dāng)前第72頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)容器的應(yīng)力分類一次彎曲應(yīng)力Pb

與一次總體薄膜應(yīng)力的不同之處在于沿壁厚的分布是線形的還是均勻的

典型實(shí)例：平板封頭圓離不連續(xù)區(qū)的中央部位在內(nèi)壓作用下產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。是指由內(nèi)壓或其它機(jī)械載荷作用產(chǎn)生的沿壁厚線形分布的應(yīng)力當(dāng)前第73頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)容器的應(yīng)力分類一次局部薄膜應(yīng)力PL

“局部”和“整體”是按照經(jīng)線方向的作用區(qū)域來(lái)劃分的是指由內(nèi)壓或其它機(jī)械載荷在結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力（一次的）和不連續(xù)效應(yīng)產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力（二次的）統(tǒng)稱為一次局部薄膜應(yīng)力

典型實(shí)例：圓筒中內(nèi)壓在不連續(xù)區(qū)產(chǎn)生的周向薄膜應(yīng)力，雖具有二次應(yīng)力的性質(zhì)，但從方便及穩(wěn)妥的角度視為一次性質(zhì)應(yīng)力當(dāng)前第74頁(yè)\共有85頁(yè)\編于星期二\10點(diǎn)容器的應(yīng)力分類二次應(yīng)力Q

二次應(yīng)力不是由外載荷直接產(chǎn)生的，而是由于變形協(xié)調(diào)中產(chǎn)生的，當(dāng)約束部位發(fā)生局部的屈服或小的塑性變形后得到協(xié)調(diào)，則產(chǎn)生這種應(yīng)力的原因（變形差）得到滿足于緩和，不再繼續(xù)發(fā)展，自動(dòng)限制在某一范圍是指由相鄰部件的約束或結(jié)構(gòu)自身約束所引起的法向應(yīng)力或切應(yīng)力，具有自限性典型例子：總體不連續(xù)部位中彎曲應(yīng)力；圓筒殼中軸向