化工设备及技术概述课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,第三单元 压力容器设计,A,A,x,z,y,r,R,R,O,K,1,K,2,平行圆,经线,O,O,j,B,1,2,学习内容,载荷分析,回转薄壳应力分析,边缘应力分析,学习重点,薄膜理论及其应用,对容器的基本感性认识,学习难点,模块一 压力容器应力分析,第三单元 压力容器设计AAxzyrRROK1K2平,1,化工设备及技术 第,2,版,书名：化工设备及技术 第,2,版,书号：,978-7-111-57048-6,作者：王磊,出版社：机械工业出版社,化工设备及技术 第2版书名：化工设备及技术 第2版,2,载荷分析,流体流经泵或压缩机,液体膨胀或气化,液体的饱和蒸气压,液体静压力,（,1,）,压力载荷,载荷分析流体流经泵或压缩机液体膨胀或气化液体的饱和蒸气压液体,3,（,2,）,非压力载荷,重力载荷,地震载荷,运输载荷,波动载荷,风载荷,管系载荷,（,3,）,交变载荷,（2）非压力载荷重力载荷地震载荷运输载荷波动载荷风载荷管系载,4,正常操作工况,特殊载荷工况,意外载荷工况,压力试验,载荷工况,开停工及检修,正常操作工况特殊载荷工况意外载荷工况压力试验载荷工况开停工及,5,任务,1,回转薄壳的薄膜应力分析,任务1 回转薄壳的薄膜应力分析,6,薄壁容器,容器的厚度与其最大截面圆的,内径之比小于,0.1,的容器称为薄壁容器。,（超出这一范围的称为厚壁容器）,典型回转薄壳的应力分析,薄膜应力理论,应力分析是强度设计中首先要解决的问题,一、回转薄壳的无力矩理论,薄壁容器容器的厚度与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器称,7,轴对称问题,几何形状,所受外力,约束条件,均对称于回转轴,化工用压力容器通常都属于轴对称问题,本章研究的是满足轴对称条件的薄壁壳体,轴对称问题几何形状所受外力约束条件均对称于回转轴化工用压力容,8,1,、回转薄壳的形成及几何特性,1、回转薄壳的形成及几何特性,9,化工设备及技术概述课件,10,圆柱壳,回转壳,球壳,圆锥壳,圆柱壳回转壳球壳圆锥壳,11,（,1,）回转曲面、回转壳体、中间面、壳体厚度,（,2,）母线、经线、法线、纬线、平行圆,（,3,）,第一曲率半径,R,1,、第一曲率半径,R,2,、,平行圆半径,r,（,4,）经向坐标、周向坐标,1,、回转薄壳的形成及几何特性,回转壳体中的基本的几何概念,（1）回转曲面、回转壳体、中间面、壳体厚度（2）母线、经线、,12,回转壳体,由回转曲面作中间面形成的壳体。,回转曲面,由平面直线或平面曲线绕其同平面内的回转轴回转一周所形成的曲面。,中,间面,平分壳体厚度的曲面称为壳体的中间,面。中间面与壳体内外表面等距离，它代表了壳体的几何特性。,回转壳体中的基本的几何概念,回转壳体由回转曲面作中间面形成的壳体。回转曲面由平面直线或平,13,母线,形成回转壳体中间面的那条直线或平面曲线。,如图所示的回转壳体即由平面曲线,AB,绕,OA,轴旋转一周形成，平面曲线,AB,为该回转体的母线。,注意：母线形状不同或与回转轴的相对位置不同时，所形成的回转壳体形状不同。,图,2-3,回转壳体的几何特性,母线形成回转壳体中间面的那条直线或平面曲线。如图所示的回转壳,14,经线,通过回转轴的平面与中间面的交线，如,AB,、,AB,。,经线与母线形状完全相同,法线,过中间面上的点,M,且垂直于中间面的直线,n,称为中间面在该点的法线。,（法线的延长线必与回转轴相交）,经线通过回转轴的平面与中间面的交线，如AB、AB。经线,15,纬线,以法线,NK,为母线绕回转轴,OA,回转一周所形成的园锥法截面与中间面的交线,CND,圆,K,平行圆：垂直于回转轴的平面与中间面的交线称平行圆。显然，平行圆即纬线。,纬线以法线NK为母线绕回转轴OA回转一周所形成的园锥法截面与,16,第一曲率半径,R,1,第二曲率半径,R,2,中间面上任一点,M,处经线的曲率半径为该点的,“,第一曲率半径,”,通过经线上一点,M,的法线作垂直于经线的平面与中间面相割形成的曲线,MEF,，此曲线在,M,点处的曲率半径称为该点的第二曲率半径,R,2,，第二曲率半径的中心落在回转轴上，其长度等于法线段,MK,2,。,第一曲率半径R1第二曲率半径R2中间面上任一点M 处经线的曲,17,回转薄壳几何要素,回转薄壳几何要素,18,二、薄壁圆筒的应力特点,变形,：,“,环向纤维,”,和,“,纵向纤维,”,受到拉伸。,内力,：只有拉应力忽略弯曲应力，处于二向应力状态。,因壁厚,很小，认为 拉应力 沿壁厚均匀分布的，称为薄膜应力。,s,（或,s,轴、,s,经,）沿圆筒母线方向,(,即轴向,),拉应力，,s,（或,s,环、,s,周,）沿圆周方向的拉应力。,二、薄壁圆筒的应力特点变形：“环向纤维”和“纵向纤维”受到拉,19,图,3-2,薄壁圆筒在内压作用下的应力,B,点受力分析：,内压,P,作用于,B,点，产生三向应力：轴向：经向应力或轴向应力,；圆周的切线方向：周向应力或环向应力,；壁厚方向：径向应力,r,；当,、,r,时，作二向应力状态分析。因而薄壳圆筒,B,点受力简化成二向应力,和,。,图3-2 薄壁圆筒在内压作用下的应力 B点受力分析：,20,圆筒的应力计算,1.,轴向应力,D,-,筒体平均直径，亦称中径，,mm,；,截面法,分析，如右图,：,图,2-5,薄壁圆筒在压力作用下的力平衡,圆筒的应力计算 1.轴向应力D-筒体平均直径，亦称中径,21,2.,环向应力,图,3-4,环向应力计算,2.环向应力图3-4 环向应力计算,22,讨论,1,：薄壁圆筒上开椭圆孔的有利形状,环向应力是经向应力的,2,倍，所以环向承受应力更大，纵向截面上就要少削弱面积，故开设椭圆孔时，椭圆孔之短轴平行于筒体轴线，见图,图,2-6,薄壁圆筒上开椭圆孔,讨论,2,：介质与压力一定，壁厚越大，是否应力就越小,讨论1：薄壁圆筒上开椭圆孔的有利形状 环向应力是经向应力的,23,分析：,问题：钢板卷制圆筒形容器，纵焊缝与环焊缝哪个易裂？,筒体纵向焊缝受力大于环向焊缝，故纵焊缝易裂，施焊时应予以注意。,分析：问题：钢板卷制圆筒形容器，纵焊缝与环焊缝哪个易裂？筒体,24,三、无力矩理论的基本方程及应用,基本假设,（,1,）,小位移假设,。,壳体受压变形，各点位移都小于壁厚。简化计算。,（,2,）,直法线假设,。,沿厚度各点法向位移均相同，即厚度不变。,（,3,）,不挤压假设,。,沿壁厚各层纤维互不挤压，即法向应力为零。,假定材料具有连续性、均匀性和各向同性，即壳体是完全弹性的,三、无力矩理论的基本方程及应用基本假设（1）小位移假设。壳体,25,内力,无力矩理论,（薄膜理论）,有力矩理论,（弯曲理论）,无力矩理论和有力矩理论,载荷,轴对称,内力无力矩理论有力矩理论无力矩理论和有力矩理论载荷轴对称,26,薄膜理论与有力矩理论概念：,计算壳壁应力有如下理论：,（,1,）无矩理论，即,薄膜理论,。,假定壳壁如同薄膜一样，只承受拉应力和压应力，完全不能承受弯矩和弯曲应力。壳壁内的应力即为,薄膜应力,。,薄膜理论与有力矩理论概念：计算壳壁应力有如下理论：,27,（,2,）,有力矩理论,。壳壁内存在除拉应力或压应力外，,还存在弯曲应力,。,在工程实际中，理想的薄壁壳体是不存在的，因为即使壳壁很薄，壳体中还会或多或少地存在一些弯曲应力，所以,无力矩理论有其近似性和局限性,。由于弯曲应力一般很小，如略去不计，其误差仍在工程计算的允许范围内，而计算方法大大简化，所以,工程计算中常采用无力矩理论,。,（2）有力矩理论。壳壁内存在除拉应力或压应力外，还存在弯曲应,28,无力矩状态只是壳体可能的应力状态之一,无力矩状态下，薄壳中的应力沿壁厚,均匀分布，可使材料强度得到合理利用，,是最理想的应力状态。,无力矩理论可使壳体的应力分析大为简化，,薄壳的应力分析以无力矩理论为基础。,几点提示,无力矩状态只是壳体可能的应力状态之一无力矩状态下，薄壳中的应,29,p,微体平衡方程的推导,p微体平衡方程的推导,30,O,O,经向力 和,+d,在法线上的分量,OO经向力 和 +d 在法线上的分量,31,周向力 在法线上的分量,周向力 在法线上的分量,32,微体平衡方程（拉普拉斯,Laplace,方程）,微体平衡方程（拉普拉斯Laplace方程）,33,区域平衡方程的推导,区域平衡方程的推导,34,区域平衡方程,区域平衡方程,35,微体平衡方程（拉普拉斯,Laplace,方程）,区域平衡方程式,1,、无力矩理论两个基本方程,微体平衡方程（拉普拉斯Laplace方程）区域平衡方程式,36,承受气体内压的回转薄壳,2,、无力矩理论的应用 典型壳体的薄膜应力,承受气体内压的回转薄壳 2、无力矩理论的应用 典型壳体的,37,圆柱壳,圆柱壳,38,第一曲率半径,R,1,=,，,第二曲率半径,R,2,=,r,m,=,R=D,/2,代入基本方程,:,得：,即：,第一曲率半径R1=，得：即：,39,化工设备及技术概述课件,40,圆柱壳壁内应力分布,圆柱壳壁内应力分布,41,圆柱壳应力分布结论,1,、,=2,圆柱壳的纵向截面是薄弱截面。,2,、圆柱壳的承压能力取决于（,t/D,），并非厚度越大承压能力越好。,圆柱壳应力分布结论1、=2 2、圆柱壳的承压能力取,42,实例,实例,43,球壳,球壳,44,化工设备及技术概述课件,45,11,、人生的某些障碍，你是逃不掉的。与其费尽周折绕过去，不如勇敢地攀登，或许这会铸就你人生的高点。,12,、有些压力总是得自己扛过去，说出来就成了充满负能量的抱怨。寻求安慰也无济于事，还徒增了别人的烦恼。,13,、认识到我们的所见所闻都是假象，认识到此生都是虚幻，我们才能真正认识到佛法的真相。钱多了会压死你，你承受得了吗,?,带，带不走，放，放不下。时时刻刻发悲心，饶益众生为他人。,14,、梦想总是跑在我的前面。努力追寻它们，为了那一瞬间的同步，这就是动人的生命奇迹。,15,、懒惰不会让你一下子跌倒，但会在不知不觉中减少你的收获,;,勤奋也不会让你一夜成功，但会在不知不觉中积累你的成果。人生需要挑战，更需要坚持和勤奋,!,16,、人生在世：可以缺钱，但不能缺德,;,可以失言，但不能失信,;,可以倒下，但不能跪下,;,可以求名，但不能盗名,;,可以低落，但不能堕落,;,可以放松，但不能放纵,;,可以虚荣，但不能虚伪,;,可以平凡，但不能平庸,;,可以浪漫，但不能浪荡,;,可以生气，但不能生事。,17,、人生没有笔直路，当你感到迷茫、失落时，找几部这种充满正能量的电影，坐下来静静欣赏，去发现生命中真正重要的东西。,18,、在人生的舞台上，当有人愿意在台下陪你度过无数个没有未来的夜时，你就更想展现精彩绝伦的自己。但愿每个被努力支撑的灵魂能吸引更多的人同行。,19,、积极的人在每一次忧患中都看到一个机会，而消极的人则在每个机会中看到了某种忧患。莫找借口失败，只找理由成功。,20,、每一个成就和长进，都蕴含着曾经受过的寂寞、洒过的汗水、流过的眼泪。许多时候不是看到希望才去坚持，而是坚持了才能看到希望