《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》(第2版)董大勤編著課件《薄膜理論》ppt

1、第九章 壓力容器中的薄膜應(yīng)力彎曲應(yīng)力與二次應(yīng)力,第一節(jié) 容器概述容器結(jié)構(gòu)容器分類,容器結(jié)構(gòu),,,,筒體,封頭,支座,人孔,接管,容器分類,按壁厚分按承壓性質(zhì)分按壁溫分從監(jiān)察管理,,,,低壓容器中壓容器高壓容器超高壓容器,薄壁厚壁,低溫常溫中溫高溫,,常壓外壓內(nèi)壓,,,第二節(jié) 容器殼體的薄膜應(yīng)力分析,一、容器殼體的幾何性質(zhì)中間面 回轉(zhuǎn)曲面 回轉(zhuǎn)殼體經(jīng)線 法線 緯線第一曲率半徑 第二曲率半徑

2、 平行圓半徑,,,,,縱截面錐截面,二 殼體的薄膜應(yīng)力分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,σm,σθ,,,,,碟形封頭,球面半徑R0球狀殼體的曲率半徑r圓柱殼直徑D,B,C,,,,R0,r,D,(1)回轉(zhuǎn)殼體曲面在幾何上是軸對(duì)稱的，殼壁厚度無突變;材料是均勻連續(xù)且各向同性的; 曲率半徑是連續(xù)變化的；(2)載荷在殼體曲面上的分布是軸對(duì)稱和連續(xù)的，沒有突變

3、情況;,第三節(jié)圓形平板承受均布載荷時(shí)的彎曲應(yīng)力,一、平板的變形與內(nèi)力分析二、彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力的比較,周邊簡支 周邊固支,,1、環(huán)形截面的變形及環(huán)向彎曲應(yīng)力,,中性圓,σ,2、相鄰環(huán)形截面的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)及徑向彎曲應(yīng)力,,,,,最大拉應(yīng)力點(diǎn),3、應(yīng)力分布,,,最大拉應(yīng)力點(diǎn),,1．板內(nèi)為二向應(yīng)力狀態(tài)，且沿板厚呈線性分布，均為彎曲應(yīng)力；應(yīng)力沿半徑方向的分布與周邊支承方式有關(guān)；板內(nèi)最大彎曲應(yīng)力與(R/δ)2成正比。2．圓

4、平板最大應(yīng)力周邊固支周邊簡支的最大應(yīng)力為板邊緣表面處的徑向彎曲應(yīng)力；圓平板的為板中心表面處的兩向彎曲應(yīng)力。若取?=0.3，周邊簡支板的最大彎曲應(yīng)力約為固支板的1.65倍。,二、彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力的比較和結(jié)論,周邊簡平板 K=1.24/4=0.31 周邊固支平板 K=0.75 /4=0.188,,第四節(jié) 邊界區(qū)的二次應(yīng)力,幾何形狀不連續(xù),,,,,,,,,,,幾何形狀不連續(xù),,,幾何形狀與載荷不連續(xù),材料不連續(xù),邊

5、緣應(yīng)力,產(chǎn)生原因由于相互連接的兩個(gè)零部件各自所欲發(fā)生的變形受到對(duì)方的限制而應(yīng)起的（二次應(yīng)力）影響因素載荷連接邊緣的幾何形狀、 尺寸、材質(zhì)性質(zhì)自限性局部性,,,1．局限性—— 大多數(shù)都有明顯的衰減特性，隨離開邊緣的距離增大，邊緣應(yīng)力迅速衰減。 2．自限性—— 彈性變形相互制約，一旦材料產(chǎn)生塑性變形，彈性變形約束就會(huì)緩解，邊緣應(yīng)力自動(dòng)受到限制，即邊緣應(yīng)力的自限性。,,,五、對(duì)一次彎曲應(yīng)力的限制1、應(yīng)力分類2、設(shè)計(jì)方法3

6、 、對(duì)一次彎曲應(yīng)力的限制,,應(yīng)力分類,,六、對(duì)二次應(yīng)力的限制,安定性準(zhǔn)則：只允許存在二次應(yīng)力的局部地區(qū)發(fā)生一次塑性變形，而不允許出現(xiàn)反復(fù)的塑性變形。,,,,極限設(shè)計(jì)法 截面上各點(diǎn)均達(dá)到屈服極限時(shí)，材料才算失效(塑性失效準(zhǔn)則），按這樣的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法稱為極限設(shè)計(jì)法。,,,,六、對(duì)二次應(yīng)力的限制,安定性準(zhǔn)則：只允許存在二次應(yīng)力的局部地區(qū)發(fā)生一次塑性變形，而不允許出現(xiàn)反復(fù)的塑性變形。,,,1、薄膜應(yīng)力是只有拉 (壓)正應(yīng)力，沒有彎

7、曲正應(yīng)力的一種二向應(yīng)力狀態(tài)，因而薄膜又稱為“無力矩理論”。,2、只有在沒有(或不大的)彎曲變形情況下的軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)殼體，薄膜理論結(jié)果才是正確的。,3、薄膜理論在工程上是比較簡單適用的，它適用的范圍除殼體較薄這一條件外，還應(yīng)滿足下列條件:,,(3)殼體邊界應(yīng)該是自由的。否則殼體邊界上的變形將受到約束，在載荷作用下勢必起彎曲變形和彎曲應(yīng)力，不再保持無力矩狀態(tài); (4)殼體在邊界上無橫向剪力和彎矩。,(1)回轉(zhuǎn)殼體曲面在幾何上是軸對(duì)稱的，