強(qiáng)度結(jié)構(gòu)與應(yīng)力分析

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1、壓力容器強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)與應(yīng)力分析參賽選手：******壓力容器一般是由筒體（又稱(chēng)殼體）、封頭（又稱(chēng)端蓋）、法蘭、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等組成。它們統(tǒng)稱(chēng)為過(guò)程設(shè)備零部件，這些零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)。壓力容器的結(jié)構(gòu)形狀主要有圓筒形、球形、和組合形。圓筒形容器是由圓柱形筒體和各種成型封頭（半球形、橢圓形、碟形、錐形）所組成。球形容器由數(shù)塊球瓣板拼焊成。承壓能力很好，但由于安置內(nèi)件不便和制造稍難，故一般用作貯罐。壓力容器的筒體、封頭（端蓋）、人孔蓋、人孔法蘭、人孔接管、膨脹節(jié)、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)圈、設(shè)備法蘭；球罐的球殼板；換熱器的管板和換熱管；M36以上的主螺栓

2、及公稱(chēng)直徑大于250mm的接管和管法蘭均作為主要受壓元件。壓力容器結(jié)構(gòu)——典型結(jié)構(gòu)壓力容器結(jié)構(gòu)——典型結(jié)構(gòu)壓力容器結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)壓力容器結(jié)構(gòu)——典型結(jié)構(gòu)壓力容器結(jié)構(gòu)——典型結(jié)構(gòu)壓力容器結(jié)構(gòu)——典型結(jié)構(gòu)壓力容器結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)壓力容器結(jié)構(gòu)——零部件筒體圓柱形筒體是壓力容器主要形式，制造容易、安裝內(nèi)件方便、而且承壓能力較好，因此應(yīng)用最廣。圓筒形容器又可以分為立式容器和臥式容器。由于容器的筒體不但存在與容器封頭、法蘭相配的問(wèn)題，而且臥式容器的支座標(biāo)準(zhǔn)也是按照容器的公稱(chēng)直徑系列制定的，所以不但管子有公稱(chēng)直徑，筒體也制定了公稱(chēng)直徑系列。對(duì)于用鋼板卷焊的

3、筒體，用筒體的內(nèi)徑作為它的公稱(chēng)直徑，其系列尺寸有300、400、500、600…等，如果筒體是用無(wú)縫鋼管制作的，用鋼管的外徑作為筒體的公稱(chēng)直徑。封頭（1）球形封頭——壁厚最薄，用材比較節(jié)省。（2）橢圓形封頭——橢圓形封頭縱剖面的曲線(xiàn)部分是半個(gè)橢圓形，直邊段高度為h（3）碟形封頭——碟形封頭是由三部分組成。第一部分是以半徑為Ri的球面部分，第二部分是以半徑為Di/2的圓筒形部分，第三部分是連接這兩部分的過(guò)渡區(qū)，其曲率半徑為r,Ri與r均以?xún)?nèi)表面為基準(zhǔn)。壓力容器結(jié)構(gòu)——零部件（4）球冠形封頭——由于封頭為一球面且無(wú)過(guò)渡區(qū)，在連接邊緣有較大邊緣應(yīng)力，要求

4、封頭與筒體聯(lián)接處采用全焊透結(jié)構(gòu)。（5）錐形封頭——錐形封頭有無(wú)折邊錐形封頭和折邊錐形封頭。（6）平蓋——彎曲應(yīng)力較大，在等厚度、同直徑條件下，平板內(nèi)產(chǎn)生的最大彎曲應(yīng)力是圓筒壁薄膜應(yīng)力的20～30倍。但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。壓力容器結(jié)構(gòu)——零部件3.支座支座是用來(lái)支承容器重量和用來(lái)固定容器的位置。支座一般分為立式容器支座、臥式容器支座。立式容器支座分為耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。臥式容器多使用鞍式支座。壓力容器結(jié)構(gòu)——零部件4.法蘭法蘭連接主要優(yōu)點(diǎn)是密封可靠和足夠的強(qiáng)度。缺點(diǎn)是不能快速拆卸、制造成本較高。法蘭分類(lèi)主要有以下方法：（1）按其

5、被連接的部件分為壓力容器法蘭和管法蘭。（2）按法蘭接觸面的寬窄可分為窄面法蘭和寬面法蘭。（3）按整體性程度分為整體法蘭、松式法蘭和任意式法蘭。壓力容器結(jié)構(gòu)——零部件壓力容器結(jié)構(gòu)——零部件5.開(kāi)孔與開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)通常所用的壓力容器，由于各種工藝和結(jié)構(gòu)的要求，需要在容器上開(kāi)孔和安裝接管，由于開(kāi)孔去掉了部分承壓金屬，不但會(huì)削弱容器的器壁的強(qiáng)度，而且還會(huì)因結(jié)構(gòu)連續(xù)性受到破壞在開(kāi)孔附近造成較高的局部應(yīng)力集中。這個(gè)局部應(yīng)力峰值很高，達(dá)到基本薄膜應(yīng)力的3倍，甚至5-6倍。再加上開(kāi)孔接管處有時(shí)還會(huì)受到各種外載荷、溫度等影響，并且由于材質(zhì)不同，制造上的一些缺陷、檢驗(yàn)上的不

6、便等原因的綜合作用，很多失效就會(huì)在開(kāi)孔邊緣處發(fā)生。主要表現(xiàn)為疲勞破壞和脆性裂紋，所以必須進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。壓力容器結(jié)構(gòu)——零部件壓力容器為何有時(shí)可允許不另行補(bǔ)強(qiáng)壓力容器允許可不另行補(bǔ)強(qiáng)是鑒于以下因素：容器在設(shè)計(jì)制造中，由于用戶(hù)要求，材料代用等原因，殼體厚度往往超過(guò)實(shí)際強(qiáng)度的需要。厚度的增加使最大應(yīng)力有所降低，實(shí)際上容器已被整體補(bǔ)強(qiáng)了。例如：在選材時(shí)受鋼板規(guī)格的限制，使壁厚有所增加；或在計(jì)算時(shí)因焊接系數(shù)壁厚增加，而實(shí)際開(kāi)孔不在焊縫上；還有在設(shè)計(jì)時(shí)采用封頭與筒體等厚或大一點(diǎn)，實(shí)際上封頭已被補(bǔ)強(qiáng)了。在多數(shù)情況下，接管的壁厚多與實(shí)際需要，多余的金屬起到了補(bǔ)

7、強(qiáng)的作用。壓力容器結(jié)構(gòu)——零部件3開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)所謂開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，就是指采取適當(dāng)增加殼體或接管壁厚的方法以降低應(yīng)力集中系數(shù)。其所涉及的有補(bǔ)強(qiáng)形式、開(kāi)孔處內(nèi)、外圓角的大小以及補(bǔ)強(qiáng)金屬量等。(1)加強(qiáng)圈是最常見(jiàn)的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，貼焊在殼體與接管連接處，如圖a、b、c。該補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但加強(qiáng)圈與金屬間存在一層靜止的氣隙，傳熱效果差。當(dāng)兩者存在溫差時(shí)熱膨脹差也較大，因而在局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。另外，加強(qiáng)圈較難與殼體形成整體，因而抗疲勞性能較差。這種補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)一般用于靜壓、常溫及中、低壓容器。(2)接管補(bǔ)強(qiáng)，即在殼壁與接管之間焊上一段厚壁加強(qiáng)管，如圖d

8、、e、f。它的特點(diǎn)是能使所有用來(lái)補(bǔ)強(qiáng)的金屬材料都直接處在最大應(yīng)力區(qū)域內(nèi)，因而能有效地降低開(kāi)孔周?chē)膽?yīng)力集中程度。低合金高強(qiáng)