压力容器分析设计基础

1. 压力容器分析设计基础 • 压力容器规则设计与分析设计 • 应力分析设计方法概要

2. 压力容器规则设计与分析设计 1、规则设计 2、分析设计 3、规则设计与分析设计的比较

3. 1、规则设计 设计准则 弹性失效准则——容器只有完全处于弹性状态时才是安全的，一旦结构内某点计算的最大应力进入塑性范围，即达到或超过材料的屈服极限，就认为整个容器失效。 依据：静载构件、平均应力

4. 1、规则设计 缺点与局限性 • 由于不考虑可变载荷对容器各个部位引起不同的应力与变形，故无法进行疲劳分析和预计寿命，亦不能推测失效起源于何处。 • 弹性失效并不表明容器的承载能力已经耗尽。不同性质的应力取同一应力评定判据是不合理的，这对设计复杂结构的大型容器很不经济。而有效利用结构的塑性行为已被证明是可行的。 • 取较高的安全系数无疑掩盖了失效的实质。其结果增加了材料消耗和制造成本，而对容器安全有时适得其反。

5. 2、分析设计 设计准则 塑性失效准则——只有当结构沿厚度方向全部屈服时，结构才失效。 疲劳失效准则——一定许循环应力幅作用下的构件，只有其循环次数超过允许的最大循环次数后，才会发生疲劳破坏。

6. 2、分析设计 先进性 • 考虑了超出弹性范围以后结构的塑性行为，放弃传统的弹性失效准则。引入极限分析与安定分析概念，采用塑性失效设计准则。 • 应用电子计算机技术和实验测试技术，对复杂结构的容器整体，包括任何不连续区域都可以做详细的弹性应力分析与计算。 • 按不同性质的应力分类和失效形式给予不同的限制条件。机械应力以极限载荷为界限；不连续应力或热应力以安定载荷为界限。当反复受载需作疲劳分析时以疲劳试验应力幅为界限。 • 引用虚拟应力概念可以方便地对高应变区作弹性分析。

7. 3. 规则设计与常规设计的比较

9. 关于材料的要求（钢板）

11. 制造和检验的要求

14. 应力分析设计方法概要 一、应力性质 • 薄壁容器 • 厚壁容器 • 平板端盖 • 壳体不连续区 • 容器支座区 • 容器接管区 • 容器热应力

15. 一、应力性质 1.薄壁容器 • 应力特点： • 沿壁厚均布； • 平衡外载，无自限性； • 外压时为压应力，需考虑失稳。

16. 一、应力性质 • 厚壁容器

17. 为了分析应力的性质，将非线性分布的应力视为均匀分布、线性分布和非线性分布的三部分的叠加。为了分析应力的性质，将非线性分布的应力视为均匀分布、线性分布和非线性分布的三部分的叠加。 一、应力性质 • 厚壁容器 按合力等效原则确定 按净弯矩等效原则确定

18. 一、应力性质 • 厚壁容器 合力等效原则——均布部分 净弯矩等效原则——线性部分 非线性部分

19. 一、应力性质 • 厚壁容器 • 应力的特点： • 均匀分布的应力与薄壁容器中的薄膜应力具有相同的性质，来源于与内压力的平衡，遍及整个筒体，无自限性。 • 应力梯度实际上是由筒体内外各处变形不同引起的。源于变形协调，具有自限性。 • 非线性分布应力为应力梯度中的非线性部分。具有自限性，只出现在局部小范围。

20. 一、应力性质3、平板端盖 环向应力 径向应力 应力主要特点： • 应力沿板厚线性分布，最大值在板表面，中间面应力为零； • 与外载荷相平衡，无自限性，随半径r不同而变化; • 板的上下表面首先屈服，之后应力沿板厚重新分布。

21. 一、应力性质4、壳体不连续区 容器上不连续区的应力可以由薄膜应力与边缘应力叠加得出： 经向应力 周向应力 边缘应力需由壳体边缘的连续条件解出边缘剪力和边缘弯矩，然后按壳体的力矩理论得出。 圆筒形壳体边缘应力的形式为