压力容器设计重点题型17题.docx

1、无力矩理论基本假设： 小位移假设：壳体受力变形前后，壳体上各点位移量远小于壁厚尺寸，属于弹性小变形变 形后尺寸可由变形前尺寸代替，推导中可忽略高阶无穷小） 直法线假设：变形前垂直于壳体中间面的直法线段，变形后仍保持直线，并仍垂直于中间面 （可忽略微元中的剪力） 互不挤压假设：平行于中间面的各层纤维之间互不挤压不计法向应力） 无力矩假设：对于薄壁壳体，可忽略壳壁中的弯矩影响微元仅受拉压和剪力）无力矩理论应用条件：① 壳体的厚度、曲率半径应连续，材料物理性能一致，没有突变；② 壳体的边缘不受法向力和力矩的作用；③ 壳体边缘只允许沿经线切线方向有约束，而边缘转角和挠度不受任何约束 上述应用条件的核心是，满足壳体几何形状、材料和外载荷的连续性，同时必须保证壳体具 有自由边界2、为什么任组合体交接处应力出现跳跃？3、不连续效应的定义：在不同壳体连接的附近地区，由于二者的自由变形不可能完全一致 （称为变形不连续），出现相互约束导致弯曲变形，从而在连接的边缘处产生较大的弯矩和 剪力这种现象称为不连续效应，或边缘效应不连续应力的特性以及在设计中的考虑：（1）局限性：不同性质的连接边缘，产生不同的边缘应力。

但都具有明显的衰减波特性（2）自限性：发生边缘弯曲的根本原因是由于薄膜应力引起的弹性变形不协调但是当边缘 处的局部材料发生屈服时，这种约束就趋向缓解，结果边缘应力就自动受到限制具有 自限性的应力属于二次应力，一般使压力容器直接发生破坏的危险性较小3）工程设计中的考虑对于连接边缘的结构，只做局部处理如局部加强、避免在连接边缘 开孔、设置焊缝等4、计算裙式支座球形壳体的应力分析5、画出厚壁圆筒内夺，内加热的弹性应力6、在工程实际中，下列三种情形会有热应力产生：① 物体在加温过程中有外界约束；② 物体内各处的温度分布不同（即使没有约束）；③ 物体是由线胀系数不同的材料组成热应力的特点:① 热应力仅与温度差有关，且成正比，而与温度本身大小无关因此可通过内外壁面的保 温，使温度差降低，达到降低热应力的目的② 热应力的大小往往与载荷引起的应力同为一个数量级，因此在工程实际中，热应力不能 忽略③ 热应力具有自限性，属于二次应力对于塑性材料，热应力不会导致结构断裂，但交变 热应力恢导致结构疲劳失效7、（1）厚壁筒的失效过程：仅受内压时，内壁面为危险截面当内压力达到某一数值时， 内壁面首先出现屈服，进入屈服阶段。

随着内压力增大，屈服层向外扩展，整个圆筒可看成 由弹性区和屈服区组成当屈服区扩展至外壁面时，整个筒体进入了整体屈服状态内压力 进一步增大，筒体将进入强化阶段2）塑性失效准则：筒体为理想弹塑性材料，当屈服区扩展至外壁面，使筒体整体屈服，此 时承受的内压力为筒体承受的最高极限载荷屈服条件: 当材料从弹性阶段进入理想塑性阶段时，应满足一定的条件，以此来判定材料是 否进入屈服阶段，此条件称为“屈服条件”.Tresca屈服条件和Mises屈服条件8 厚壁圆筒塑性区应力分布9 提高屈服承载能力的措施（1）增加壁厚来提高厚壁筒承载能力的局限性 （2）提高屈服承载能力的措施① 自增强法：通过使内壁面产生塑性区的预处理，产生预应力分布，即残余应力分 布这样，在施加内压后，综合的应力分布将趋缓② 多层热套法10、薄圆平板应力特点① 板内为两向纯弯曲应力，忽略z方向的应力O z和剪力Qr引起的剪应力T② 板内的弯曲应力沿径向的分布形式与周边支承形式有关，工程实际中的支承形式介于固 支和简支之间③ 在同等条件下，板内的最大应力要远大于薄壳内的应力，故板的厚度要比薄壳厚度大11、 外压圆筒失效形式，失稳定义，类型，失效曲线失效形式：①因强度不足，导致压缩屈服失效；②因刚度不足，导致失稳破坏。

圆筒失稳破坏：承受外压的圆筒，当外压载荷增大到某一值时，圆筒会突然失去原有的形状， 被压瘪或出现波纹，圆筒失去承载能力这种现象成为外压圆筒的屈曲（Buckling）或失稳（Instability）外压圆筒失稳类型有以下二种① 弹性失稳：圆筒为薄壁时，发生失稳时筒壁中的压应力小于材料的屈服极限，即此时筒 体的受力变形为弹性阶段② 非弹性失稳：对于壁较厚的筒体，有可能在筒壁中的应力应变进入塑性阶段后出现失稳， 即此时筒体中的压应力超过了材料的屈服点12、 局部载荷：容器除了受内压或外压外，在其制造、安装和使用过程中还受到许多通过附 件传来的其他载荷这些附件包括支座、托架、吊耳和接管等这些载荷称为局部载荷 降低局部应力的措施：（1） 合理的结构设计：①减少两连接件的刚度差；② 尽量采用圆弧过渡；③局部区域补 强；④ 选择合适的开孔方位2） 减少附件传递的局部载荷（3） 尽量减少结构中的缺陷13、 强度失效设计准则 在常温、静载下，屈服和断裂是压力容器强度失效的两种主要形式① 弹性失效设计准则－容器总体结构中，某一部位发生初始屈服，导致的失效③ 塑性失效设计准则－材料为理想弹塑性，以结构整体进入屈服作为失效状态。

如前面讲 述的厚壁圆筒的失效过程④ 爆破失效设计准则－材料具有应变硬化，将容器爆破作为失效状态⑤ 弹塑性失效设计准则－载荷变化范围达到安定载荷，容器就失效⑥ 疲劳失效设计准则－在循环交变载荷作用下，当循环次数大于疲劳设计曲线确定的许用 循环次数时，出现疲劳破坏⑦ 蠕变失效设计准则－将应力限制在由蠕变极限和持久极限确定的许用应力以内⑧ 脆性断裂失效设计准则－按照断裂力学理论进行失效设计圆筒单层式 对于中低压圆筒，直接用薄钢板卷制而成每个筒节有一道纵焊缝，筒节之间为环焊缝对于高压厚壁容器，结构形式有如下几种：（1）整体锻造式：质量得到保证，材料损耗大， 尺寸小，成本高2）锻焊式：在整体锻造的基础上，筒节之间进行环焊缝连接，满足长度方向的要求对焊缝质量要求高3）锻焊式：工艺简单，生产率高，但厚板质量不易 保证14、圆筒设计参数：pl2815 、密封过程：密封口处的阻力大于密封口两侧的介质压力差时，介质就被密封住 密封分类：强制密封－靠螺栓力产生密封比压，用于中低压 自紧密封－根据结构特点，介质压力越大，密封比压也越大用于高压等恶劣环境 影响密封性能的主要因素：螺栓预紧力：通过预紧力产生“垫片比压力y”，形成初始密封比压。

但预紧力过大可使垫 片挤出或压坏垫片性能：有适宜的变形及良好的回弹能力至今，垫片的性能是根据（y, m）来确定p160 表4-9）压紧面质量：压紧面形状和粗糙度与垫片相匹配，不允许有径向划痕法兰刚度：法兰刚度不足易引起变形泄漏，增大法兰盘厚度可提高法兰刚度另外，螺栓数 目三4n操作条件：主要指压力、温度和介质性能，其中尤以温度影响较大高温下，介质对垫片溶 解和腐蚀加剧，同时蠕变使密封系统产生应力松弛温度若为波动，会产生疲劳16、 在开孔部位进行局部补强，主要补强形式有：整锻件补强（图中（a））；接管补强（图 中 （b） ~（d））；补强圈补强（图中（e）~（g））（2） 开孔补强设计准则等面积补强法：认为壳体因开孔而被削弱的承载面积，须有补强材料在孔边予以等面积补偿 等面积补强法有长期实践经验，简单易行但针对性不强GB150采用此方法极限分析补强法：采用弹塑性安定性原则，对开孔接管结构进行定量的分析，提出补强方案17、 焊接接头形式是由两个被焊接件的相互结构位置而决定，分为对接接头、角接接头及T 字接头、搭接接头压力试验：（1）耐压试验－在超设计压力下进行的液压（或气压）试验（2）气密性试验－在 等于或低于设计压力下进行的气压试验. 凡是容器内介质毒性程度为极度、高度危害或设计 上不允许有微量泄漏的压力容器必须进行气密性试验。