压力容器设计-(容器壳体的应力分析).ppt

化工容器设计
(第三讲)
单位:西南石油大学机电学院
主讲:马廷霞
力学基础
容器壳体的应力分析
例题
第一章化工容器设计概论
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力学基础
化工厂中使用的机器设备大都是在各种载荷下工作。为了使
它们安全可靠地工作从力学角度,一般要提出三方面的要求
1、能抵抗载荷对它的破坏,即要有一定的强度;
2、不发生超出许可的变形,即要有一定的刚度;
3、能维持构件自身的几何形状,即具有充分的稳定性。
因此,强度、刚度、稳定性是化工容器设计的基本力学基础。我们把稳定性的问题放到后面结合外压容器设计作介绍,这里先讨论强度和刚度问题,而且把重点放在强度计算上。
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力学基础
力系中所有各力在任意取的两个互相垂
直的坐标轴上投影的代数和均等于零,
且对任意一点的力矩和为时该力系便是
平衡力系。
∑X=0
∑Y=0
∑mo(F) =0
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1、选研究对象
2、画分离体受力图
3、建立直角坐标系:应使坐标轴的方位尽可能与较多的力线平行或垂直
4、建立静力平衡方程:方程的建立必须以分离体受力图为基础;建立方程时,如果可能宜首先建立只包含一个未知量的方程,并及时将该未知量解出后再建立第二个方程;力矩方程只能用于平面一般平衡力系和平面平行力系中,对于平面一般力系矩心应尽量选在两个未知力作用线的交点处。
力学基础
受力分析的步骤
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1、一点的应力状态
通过受力构件的一点
的各个截面上的应力
情况的集合,称为该
点的应力状态。
力学基础
3、主平面、主应力
单元体上切应力为零的平面称为主平面,
主平面上的正应力称为主应力。
过受力构件内任一点总有三对相互垂直的
主平面。相应的主应力用σ1、σ2、σ3来表示,
它们按代数值的大小顺序排列,即σ1>σ2>σ3。
2、一点的应力状态的表示方法——单元体
研究受力构件内一点处的应力状
态,可以围绕该点取一个无限小
的正六面体,即单元体。若单元
体各个面上的应力已知或已计算
出,则通过该点的其他任意方位
截面上的应力就可用解析法或图
解法确定。
力学基础
应力状态
的分类
单向应力状态
二向应力状态
三向应力状态
只有一个主应力不为零,另两个主应力均为零
两个主应力不为零,另一个为零;受扭的圆轴,除轴线上各点外其他任意点的应力状态同此类。化工中、低压容器器壁各点的应力状态、以及受剪切弯曲的梁内除上下边缘各点以外其他各点的应力状态也均属此类。
三个主应力都不为零。例如高压容器器壁内各点的应力状态。两齿轮的接触点处的应力状态均属此类。
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化工容器分析方法
1、解析法(数值法)
以弹性和塑性力学与板壳理论
为基础的精确数学解。
2、极值法(有限单元法)
3、实验应力分析法
(电测法和光弹性法)
容器壳体的应力分析
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容器壳体的应力分析
:以两个曲面为界,曲面之间的距离远比其他方向小得多的物体。
壳体的厚度:两个曲面之间的距离。
壳体的中面:平分壳体厚度的曲面。
t
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容器壳体的应力分析

(1)根据中面的形状
球壳
圆柱壳
圆锥壳
椭圆壳
(2)根据壳体厚度t与中面曲率半径之比:
薄壳:(t/R)max≤
厚壳:反之