压力容器设计知识点及基本概念省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

1压力容器设计复习 知识点及基本概念 问答100例 化工装备与控制工程第1页21我国压力容器设计规范名称是 _。第一章 化工容器设计概论 GB150-固定式压力容器2.欧盟压力容器规范名称为 _。EN13445-非直接着火压力容器第2页33.美国压力容器设计规范中常规设计为ASME锅炉与压力容器设计规范第_卷，第_分册。名称为 _。分析设计规范为第_卷，第_分册。名称为_。2 1 规则设计 Design by Rule 分析设计 Design by AnalysisVIIIVIII第一章 化工容器设计概论 第3页44我国GB150压力容器设计规范采取强度理论为：（）（A）；（B）；（C）；（D）。A第一章 化工容器设计概论 GB压力容器标准中以第一强度理论为设计准则，将最大主应力限制在许用应力以内。p18第4页55我国GB150压力容器设计规范适合用于设计压力小于_MPa:（）（A）100；（B）64；（C）35；（D）16。C第一章 化工容器设计概论 GB150压力容器标准适合用于设计压力小于35MPa钢制压力容器设计、制造、检验与验收。p17第5页66.按设计压力大小，容器分为四个等级：（1）低压容器：_ p MPa;（2）中压容器：_ p MPa;（3）高压容器：_ p MPa;（4）超高压容器：p MPa;0.11.61.610.010.0100100第一章 化工容器设计概论 p19第6页想过高兴生活，需要高超技术n技术高，才能站得高，n站得高，才安全性高！n技术包含很各种专业技术熟练，处理人际关系策略，各种娱乐技术，提升做事效率技术，等等技术第7页2.心理学是让人高兴技术n乐观、主动、进取、勇敢、勤劳、自信n全部事情都是人干，所以人心理都是相通，了解自己心理，就能够认识他人心理。彼此了解，就会增加互信互助，心有烦恼能够分担，好事能够分享。这么心理就健康，工作效率就高第8页97对压力容器用钢基本要求是：含有足够 、良好 、适宜 。工艺性能耐腐蚀性能和抗氧化性能第一章 化工容器设计概论 力学性能 力学性能主要是指屈服强度和抗拉强度，对于中高温容力学性能主要是指屈服强度和抗拉强度，对于中高温容器还应考虑高温性能指标。其次，还应有良好塑性和较高韧器还应考虑高温性能指标。其次，还应有良好塑性和较高韧性，以预防容器在使用中发生脆性破裂。性，以预防容器在使用中发生脆性破裂。工艺性能包含冷塑性变形能力、可焊性及热处理性能。工艺性能包含冷塑性变形能力、可焊性及热处理性能。设计压力容器时，须按其使用条件，选择适宜耐蚀材料。设计压力容器时，须按其使用条件，选择适宜耐蚀材料。对于高温容器，所选材料还应含有抗氧化性能。对于高温容器，所选材料还应含有抗氧化性能。第9页108.空气贮罐，操作压力为0.6MPa，操作温度为常温，若设计厚度超出10毫米，则以下碳素钢材中不能够使用为：（）(A)Q235AF(A3F)；(B)Q235B；(C)Q235C；(D)Q245R。A第一章 化工容器设计概论 Q235类钢是屈服强度为235MPa碳素结构钢，强度不高。通常不作为压力容器标准中容器专用钢，但Q235-B和Q235-C两种钢号被GB150标准允许制造低参数压力容器。p3第10页119我国新容规按容器危险程度对其进行分类，考虑了哪些原因？共划分几类？新容规新容规按容器危险程度按容器危险程度，考虑设计压力、，考虑设计压力、容积、介质危害性三个原因容积、介质危害性三个原因，将其划分为三，将其划分为三类，分别记为类，分别记为、类。类。第一章 化工容器设计概论 第11页1210按我国新容规对容器分类要求，容器类别应怎样划分？基本划分基本划分 按介质特征选择分类图，依据设计压按介质特征选择分类图，依据设计压力力p p和容积和容积V V，标出坐标点，定出容器类别。，标出坐标点，定出容器类别。特殊情况划分特殊情况划分 多腔容器类别按每个腔各自类别多腔容器类别按每个腔各自类别分别提出设计、制造技术要求，以类别高腔作为分别提出设计、制造技术要求，以类别高腔作为该容器类别；同腔各种介质容器按组别高介质分该容器类别；同腔各种介质容器按组别高介质分类；当某危害性物质在介质中含量极小时，按其类；当某危害性物质在介质中含量极小时，按其危害程度及其含量综合考虑，由设计单位决定介危害程度及其含量综合考虑，由设计单位决定介质组别；坐标点位于分类线上时，按较高类别划质组别；坐标点位于分类线上时，按较高类别划分其类别。分其类别。第一章 化工容器设计概论 第12页1311工程上，壳体厚度与中面最小曲率半径R比值 t/R()视为薄壳，反之，视为厚壳。（A）1/5；（B）1/10；（C）1/20；（D）1/30第二章 中低压容器规则设计 Cp23第13页1412工程上，把圆板厚度与直径之比 t/D()，视为薄板，反之视为厚板。（A）1/5；（B）1/10；（C）1/20；（D）1/30A第二章 中低压容器规则设计 p47第14页15 在壳体上作用有两类内力，薄膜力N和N，及横向力Q、弯矩M和M。薄膜力来自中面拉压变形，横向力、弯矩是由中面弯曲变形产生。在壳体理论中，假如考虑上述全部内力，称为“有力矩理论”或“弯曲理论”。但对部分容器，在特定壳体形状、载荷和支撑条件下，弯曲应力与薄膜应力相比很小，能够略去不计，使壳体计算大大简化，这时壳体应力状态仅由薄膜力N和N确定，基于这一假设求解薄膜内力理论，称为“无力矩理论”或“薄膜理论”。13什么叫无力矩理论？什么叫有力矩理论？第二章 中低压容器规则设计 第15页1614球形容器第一曲率半径为_，第二曲率半径为_。球半径R第二章 中低压容器规则设计 15圆柱形容器第一曲率半径为_，第二曲率半径为_。16圆锥形容器第一曲率半径为_，第二曲率半径为_。p28球半径R无穷大圆柱体半径R无穷大R2=x tan第16页1717受均匀内压作用球形容器，经向薄膜应力和周向薄膜应力关系为（）（A）；（C）pR/2t （D）pR/tC第二章 中低压容器规则设计(2-12)p28第17页1818受均匀内压作用圆柱形容器，经向薄膜应力和周向薄膜应力关系为 （）（A）=2pR/2t；（B）=2pR/t；（C）2=pR/t；（D）2pR/2tB第二章 中低压容器规则设计(2-13)p28第18页1919均匀内压作用椭圆形封头顶点处，经向薄膜应力和周向薄膜应力关系为()（A）；（B）；（D）1/2A第二章 中低压容器规则设计(2-16)p29第19页2020无力矩理论使用条件是什么？第二章 中低压容器规则设计(1)壳体几何曲面光滑连续，不存在曲率和厚度突变或急剧改变。(2)壳体不承受任何法向突变载荷或显著温度改变，且无任何法向约束和转动约束。(3)壳体材料物理性能(、和)连续，不存在突变或急剧改变。p34第20页2121受均匀内压椭圆形封头是否会失稳？第二章 中低压容器规则设计 在椭圆形封头长短轴之比大于2时，在封头转角处和赤道处周向应力成为负值，会产生局部失稳。p30第21页2223.由边缘力和弯矩产生边缘应力含有_和_等基本特征。局部性自限性第二章 中低压容器规则设计 p4724对圆柱壳而言，由边缘力和弯矩产生边缘应力涉及范围为()（A）（B）（C）（D）A22.当两壳体在连接处无公切线时，内压引发经向薄膜力在平行圆半径方向不连续，从而出现横推力。第22页2325圆筒形容器承受内压时，在筒体与封头连接处，除由内压引发_应力外，还存在满足中面_条件而产生_应力，后者含有_和_等特征。薄膜应力连续性边缘局部性自限性第二章 中低压容器规则设计 第23页2426受均布横向载荷作用周围简支圆形薄平板，最大径向弯曲应力在：（）(A)周围；(B)中央；(C)12半径；(D)3/8半径B27受轴对称横向均布载荷圆形薄板，周围固定时，最大弯曲应力在_处，最大挠度在_处。当周围简支时，最大弯曲应力在_处，最大挠度在_处。板边缘板中心板中心板中心第二章 中低压容器规则设计 第24页2528受均布横向载荷作用周围固支圆形薄平板，最大应力为周围径向弯曲应力，当载荷一定时，降低最大应力方法有 （）(A)增加厚度；(B)采取高强钢；(C)加固周围支撑；(D)增大圆板直径。A第二章 中低压容器规则设计 第25页2629一受横向均布载荷作用圆板，如周围固支，板中最大应力和挠度为：()（A）最大应力为径向应力r，位于圆板中心，最大挠度位于封头周围（B）最大应力为周向应力，位于圆板中心，最大挠度位于封头周围（C）最大应力为径向应力r，位于圆板周围，最大挠度位于封头中心（D）最大应力为周向应力，位于圆板周围，最大挠度位于封头中心C第二章 中低压容器规则设计 第26页2730压力容器设计压力通常取最高工作压力_倍。1.051.1031容器壁厚附加量包含：_、_和成型加工工程中壁厚减薄量。腐蚀裕量C2钢板负偏差C132焊接接头系数是：_比值。焊缝接头与母材强度第二章 中低压容器规则设计 第27页2833安全系数选取方法，用抗拉强度b时，为_；用屈服强度s时，为_；用蠕变强度tn时，为_；用持久强度tD时，为_；34承压容器材料许用应力取 _、_或_三者中最小值。p672.71.51.01.5第二章 中低压容器规则设计 第28页2935液压试验压力为设计压力：（）(A)1.05倍；(B)1.10倍；(C)1.15倍；(D)1.25倍Dp6736气压试验压力为设计压力：（）(A)1.05倍；(B)1.10倍；(C)1.15倍；(D)1.25倍(2-96)p67B第二章 中低压容器规则设计 注：新GB150改为1.1第29页3037液压试验时应力不得超出该试验温度下材料屈服强度_；气压试验，不得超出屈服强度_。90%80%第二章 中低压容器规则设计 p68对液压试验，此应力值不得超出该试验温度下材料屈服强度90%，对气压试验，则不得超出屈服强度80%。第30页3138按照我国压力容器标准，最小壁厚，对于碳钢和低合金钢容器大于_mm，对高合金钢容器大于_mm。32第二章 中低压容器规则设计 p67最小壁厚：(1)对碳钢和低合金钢容器大于3mm。(2)对高合金钢容器大于2mm。第31页3240低合金钢容器，液压试验时液体温度不得低于 ()(A)0；(B)5；(C)10；(D)15 39碳素钢制容器，液压试验时液体温度不得低于 ()(A)0；(B)5；(C)10；(D)15DBp6741液压试验用水应控制氯离子_。2510-6第二章 中低压容器规则设计 第32页3342在进行容器压力试验时，需要考虑哪些问题？为何？(1)奥氏体不锈钢为预防氯离子腐蚀，应控制Cl 2510-6(2)为预防试验时发生低温脆性破坏，碳素钢、16MnR、正火15MnVR温度不能低于5，其它低合金钢，温度不低于15。第二章 中低压容器规则设计 第33页34(4)气压试验时，介质温度不得低于15。(3)不宜作液压试验容器，可用清洁干空气、氮气或者其它惰性气体，气压试验压力为：MPa。第二章 中低压容器规则设计 第34页35是_壁厚计算公式43请分别指出以下公式用途：是_壁厚计算公式是_壁厚计算公式是_壁厚计算公式圆筒形容器球形容器椭圆形封头平板封头第二章 中低压容器规则设计 第35页3644从设计角度，法兰能够分为以下三类：_法兰、_法兰和_法兰。松式整体任意式45螺栓垫片法兰连接密封中两个主要工况是：_、_。预紧工况操作工况第二章 中低压容器规则设计 第36页3746请指出以下法兰类型：松式法兰松式法兰松式法兰整体法兰整体法兰整体法兰任意式法兰任意式法兰任意式法兰第二章 中低压容器规则设计 第37页3847法兰密封惯用压紧面型式有：_、_、_、_四种型式。榫槽面梯形槽凹凸面突面p80第二章 中低压容器规则设计 第38页3948螺栓垫片法兰连接密封中两个主要垫片性能参数是：_、_。垫片压紧力(比压力)y垫片系数 m第二章 中低压容器规则设计(1)必须在预紧时，使螺栓力在压紧面与垫片之间建立起不低于y值比压力；(2)操作时，螺栓力应能够抵抗内压作用，而且在垫片表面上维持m倍内压比压力。49确保法兰连接紧密不漏条件是什么？p85第39页40(1)开孔破坏了原有应力分布并引发应力集中；(2)接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力；(3)壳体与接管连接拐角处因不等截面过渡(即小圆角)而引发应力集中。这三种原因均使开孔或开孔接管部位应力比壳体中膜应力为大，统称开孔或接管部位应力集中。50压力容器开孔接管后对应力分布和强度带来什么影响？第三章 压力容器整体设计问题 p101第40页4151应力集中系数是指_与_比值。容器开孔接管处，受_加上_，及_等原因综合作用，故其附近可能成为压力容器疲劳失效破坏源。最大应力名义应力开孔引发应力集中容器壳体与接管形成结构不连续应力壳体与接管连接处因不等截面过渡引发应力集中第三章 压力容器整体设计问题 第41页4252在均匀内压作用竖直薄壁圆筒上开孔时，孔周围最大应力出现在：（）（A）孔周围与水平线成0夹角处（B）孔周围与水平线成45夹角处（C）孔周围与水平线成60夹角处（D）孔周围与水平线成90夹角处D第三章 压力容器整体设计问题 p102第42页4353平板开孔应力集中系数为：（）(A)2；(B)2.5；(C)3；(D)0.5 Cp102第三章 压力容器整体设计问题 第43页4454球壳开孔应力集中系数为：（）(A)2；(B)2.5；(C)3；(D)0.5 第三章 压力容器整体设计问题 Ap102第44页4555圆筒开孔应力集中系数为：（）(A)2；(B)2.5；(C)3；(D)0.5 第三章 压力容器整体设计问题 Bp102第45页4656应力指数 I 与应力集中系数 Kt 区分？第三章 压力容器整体设计问题 l应力指数I指考虑点(能够多个点)应力分量(、t、r)与容器无开孔接管时周向薄膜应力之比。l应力集中系数Kt指最大应力分量点(只有一个点)与无应力集中时计算应力(对容器来说也是无开孔接管时周向计算薄膜应力)之比。l一个区域只有一个Kt值。Kt大小能够衡量结构应力集中优劣。l结构应力指数I能够有多个(如拐角内侧、外侧不一样方向)，而且不一定是最大。p104第46页4757当前我国容器设计中开孔补强设计准则是_。等面积补强标准是：在有效补强范围内，壳体除本身承受内压所需截面积外多出截面积不应少于开孔所降低有效截面积。亦可简述为：补强区内有效补强面积不少于开孔减弱有效截面积。（详见下列图）等面积补强第三章 压力容器整体设计问题 p108第47页48wXYZtn+p109第三章 压力容器整体设计问题 开孔减弱截面积A0壳体计算壁厚外多出金属面积A1 有效补强区内另外增加补强元件金属截面积接管计算厚度外多出金属截面积有效补强区内焊缝金属截面积125341234551432第48页4958有效补强范围有多大？p110第三章 压力容器整体设计问题 第49页5059容器开孔后，局部补强结构形式有：_、_、_。补强圈补强整锻件补强接管补强第三章 压力容器整体设计问题 第50页5160压力容器在结构设计中降低局部应力办法是(1)_；(2)_。局部载荷作用处加强，垫衬板减小局部应力在结构不连续处尽可能圆滑过渡并避开焊缝p136第三章 压力容器整体设计问题第51页52p13661压力封头和筒体连接处，为何要直边段？第三章 压力容器整体设计问题第52页53p13662怎样把角焊缝变成对接焊缝？第三章 压力容器整体设计问题第53页54第三章 压力容器整体设计问题63怎样把变径段角焊缝变成对接焊缝？p137上下连接部位结构不连续应力过大30o45o时大端应采取带过渡区折边锥壳 45o时小端也应采取带过渡区折边锥壳最好采取反向曲线形式回转壳第54页55第三章 压力容器整体设计问题64容器支座为何最好要加垫板？p137第55页56第三章 压力容器整体设计问题容器壳体纵向焊缝及凸形封头拼接焊缝承受最大主应力，均属于A类焊缝。6569容器中焊缝能够分为几类？何为A类、B类、C类、D类？第56页57ABCD第三章 压力容器整体设计问题筒体环向焊缝受主应力仅为纵焊缝应力二分之一，将其分类为B类焊缝。第57页58ABCD第三章 压力容器整体设计问题球形封头与圆筒壳连接环缝不属于B类而属于A类，因这条环缝相当于凸形封头上拼接焊缝。A类及B类焊缝全部应为对接焊缝。第58页59ABCD第三章 压力容器整体设计问题法兰、平封头、管板等厚截面部件与壳体及管道连接焊缝属C类焊缝，C类焊缝是填角焊缝第59页60ABCD第三章 压力容器整体设计问题接管、人孔或集液槽等与壳体或封头连接焊缝属于D类焊缝，这基本上是不一样尺寸回转壳体相贯处填角焊缝。第60页6170压力容器焊接结构设计有哪些基本标准？p139第三章 压力容器整体设计问题第61页62第三章 压力容器整体设计问题p140第62页63第三章 压力容器整体设计问题第63页6471外压容器除了强度外，还应考虑_问题。请举两个不一样类型外压容器例子：_、_。失稳真空操作冷凝器、结晶器、蒸馏塔外壳带有加热或冷却夹套反应器内壳p148第四章 外压容器设计第64页6572怎样区分长圆筒和短圆筒？它们临界长度为 _。p154第四章 外压容器设计第65页66真空容器按外压容器计算，装有安全控制装置时，取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa二者中较小值；无安全装置时，取0.1MPa。带夹套容器应考虑可能出现最大压差危险工况，比如当内筒容器突然泄压而夹套内仍有压力时所产生最大压差。带夹套真空容器，按上述真空容器选取设计外压力加上夹套内设计内压力一起作为设计外压。p16273真空容器设计压力：当装有安全控制装置时，取_，或_二者中较小值；无安全装置时，取_。带夹套真空容器，则按_ 加上_。1.25倍最大内外压力差0.1MPa0.1MPa上述真空容器选取设计外压力夹套内设计内压力一起作为设计外压第四章 外压容器设计第66页67 真空容器按外压容器计算，装有安全控制装置时，取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa二者中较小值；无安全装置时，取0.1MPa。带夹套容器应考虑可能出现最大压差危险工况，比如当内筒容器突然泄压而夹套内仍有压力时所产生最大压差。带夹套真空容器，按上述真空容器选取设计外压力加上夹套内设计内压力一起作为设计外压。p16274现需设计一个在常温下操作夹套冷却容器，内筒为真空，无安全控制装置，夹套内为0.8MPa(表压)冷却水，则校核内筒稳定性时设计压力应取（）(A)0.1MPa (B)0.8MPa (C)0.9MPa (D)1.0MPaC第四章 外压容器设计第67页68 真空容器按外压容器计算，装有安全控制装置时，取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa二者中较小值；无安全装置时，取0.1MPa。带夹套容器应考虑可能出现最大压差危险工况，比如当内筒容器突然泄压而夹套内仍有压力时所产生最大压差。带夹套真空容器，按上述真空容器选取设计外压力加上夹套内设计内压力一起作为设计外压。p16275若将上述在常温夹套冷却容器，内筒为真空，改为有安全控制装置，夹套内为0.8MPa(表压)冷却水，则校核内筒稳定性时设计压力应取 （）(A)0.1MPa (B)0.8MPa (C)0.9MPa (D)1.0MPaC第四章 外压容器设计第68页69 由上式可知，在既定直径与材料下，提升外压容器临界压力，可增加筒体厚度或减小计算长度，从减轻容器重量、节约珍贵金属出发，减小计算长度更有利。在结构上即是在圆筒内部或外部相隔一定距离焊接用型钢做加强圈。p15476现设计一不锈钢制真空精馏塔，经稳定性校核发觉其壁厚不够，合理处理方法是：（）(A)减小直径(保持容器体积不变)；(B)增加壁厚；(C)改用强度高材料；(D)设置加强圈。D第四章 外压容器设计第69页7077带夹套压力容器，最危险情况为()（A）内筒承受压力，而夹套还未升压；（B）内筒承受压力，而夹套已经升压；（C）内筒突然泄压，而夹套仍有压力；（D）内筒已经泄压，而夹套没有压力；C第四章 外压容器设计 带夹套容器应考虑可能出现最大压差危险工况，比如当内筒容器突然泄压而夹套内仍有压力时所产生最大压差。p162第70页7178均匀内压作用厚壁圆筒中，径向应力r和周向应力沿壁厚分布为 ()(A)均匀分布；(B)线性分布；(C)非线性分布C第五章 高压及超容器设计p181 r Z 79受均匀内外压作用厚壁圆筒中，径向应力r和周向应力之间有何关系？第71页7280厚壁圆筒中，外加热时最大拉伸温差应力在_，内加热时在_。内壁面p183外壁面第五章 高压及超容器设计81厚壁圆筒中由径向温差引发三向热应力之间有何关系？第72页7382厚壁圆筒内壁温度较外壁温度低，在外壁产生周向温度应力为 ()(A)拉伸应力；(B)压缩应力；(C)弯曲应力；(D)扭转应力Bp183第五章 高压及超容器设计第73页7483厚壁圆筒既受内压又受温差作用时，内加热下_综合应力得到改进，而_有所恶化。外加热时则相反，_综合应力恶化，_应力得到改进（）(A)外壁，内壁，外壁，内壁；(B)外壁，内壁，内壁，外壁(C)内壁，外壁，内壁，外壁；(D)内壁，外壁，外壁，内壁 p184C内壁外壁内壁外壁第五章 高压及超容器设计第74页7584内压与温差同时作用厚壁圆筒内壁周向应力出现最大值工况是：（）(A)外部加热；(B)内部加热；(C)内外均不加热。Ap184第五章 高压及超容器设计第75页7685请概述高压容器惯用三个失效准则：_、_和_。1弹性失效设计准则 为预防筒体内壁发生屈服，以内壁相当应力到达屈服状态时发生弹性失效。将内壁应力状态限制在弹性范围以内，为弹性失效设计准则。p186弹性失效设计准则第五章 高压及超容器设计这是当前世界各国使用得最多设计准则，我国高压容器设计也习惯采取此准则。第76页7785请概述高压容器惯用三个失效准则：_、_和_。p186弹性失效设计准则塑性失效设计准则第五章 高压及超容器设计2塑性失效设计准则 当筒体内壁开始屈服时除内表面外其它部分均处于弹性状态，筒体仍可提升承载能力。只有当载荷增大到筒壁塑性层扩展至外壁，到达整体屈服时才认为到达失效状态，就是塑性失效。筒体整体发生塑性失效时载荷即为极限载荷。按塑性失效极限载荷作为高压筒体设计基准再给予适当安全系数便可确定筒体壁厚，这就是塑性失效设计准则。前苏联设计规范曾采取了这种方法。第77页7885请概述高压容器惯用三个失效准则：_、_和_。p186弹性失效设计准则塑性失效设计准则第五章 高压及超容器设计3爆破失效设计准则 非理想塑性材料在筒体整体屈服后仍有继续承载能力。随压力增加筒体屈服变形增大，筒体屈服强化。若材料强化使承载能力上升原因与塑性大变形造成壁厚减薄承载能力下降原因抵消，筒体无法增加承载能力，即将爆破，此时压力为筒体最大承载压力，称爆破压力。以容器爆破作失效状态，爆破压力作设计基准，考虑安全系数确定安全使用压力或筒体设计壁厚，称为爆破失效设计准则。爆破失效设计准则第78页7986高压容器因为操作压力高，所以为了增加泄漏阻力，平垫密封垫片应选取()(A)宽面；(B)窄面；(C)螺栓圆内外都有全平面B第五章 高压及超容器设计 采取窄面密封 采取窄面密封代替中低压容器中惯用宽面密封有利于提升密封面比压，而且可大大降低总密封力，减小密封螺栓直径，也有利于减小整个法兰与封头结构尺寸。有时甚至将窄面密封演变成线接触密封。p190第79页8087试简述自增强基本原理。第五章 高压及超容器设计自增强处理就是将厚壁筒在使用前进行大于工作压力超压处理，以形成预应力使工作时壁内应力趋于均匀。超压形成塑性层和弹性层。卸压后塑性层有残余应变，弹性层受到该残余应变阻挡恢复不到原来位置，塑性层中形成残余压应力，弹性层中形成残余拉应力，筒壁中形成了预应力p210加载时应力分布卸载后残余应力自增强处理后筒体与工作应力叠加第80页81(1)弹性变形阶段 OA段，伴随进液量(即体积膨胀量)增加，容器变形增大，内压上升。这一阶段基本特征是内压与容器变形量成正比，展现弹性行为。A点表示内壁应力开始屈服，或表示容器局部区域出现屈服，整个容器整体弹性行为到此终止。88容器超压爆破过程可分为几个阶段？第六章 化工容器设计技术进展p216第81页82第六章 化工容器设计技术进展p216(2)屈服变形阶段 AB段，容器从局部屈服到整体屈服阶段，以内壁屈服到外壁也进入屈服阶段。B点表示容器已进入整体屈服状态。假如容器钢材含有屈服平台，这阶段也是包含塑性变形逐步越过屈服平台阶段。这是一个包含复杂过程阶段，不一样容器不一样材料这一阶段形状与长短不一样。第82页83第六章 化工容器设计技术进展p216 变形强化是本阶段主要特征。强化改变率逐步降低，抵达C点时这两种影响相等，抵达“塑性失稳”状态，承载能力抵达最大即将爆破，容器已充分膨胀。(3)变形强化阶段 BC段塑性变形不停强化，容器承载能力不停提升。又因体积膨胀使壁厚不停减薄，承载能力下降。二者中强化影响大于减薄影响，强化提升承载能力行为变成主要。第83页84第六章 化工容器设计技术进展p216 正常韧性爆破容器，体积膨胀量(即进液量)在容器体积10以上，这一量值越高，表示容器韧性越好，在设计压力下越是安全。(4)爆破阶段 在CD段是减薄影响大于强化影响，容器承载能力伴随容器大量膨胀而显著下降，壁厚快速减薄，直至D点而爆裂。C点所对应内压力即为爆破压力。第84页8589容器中产生应力原因是什么？(1)_；(2)_；(3)_；(4)_；(5)_。由压力载荷引发应力第六章 化工容器设计技术进展(1)由压力载荷引发应力 是指由内外介质均布压力载荷在回转壳体中产生应力。可依靠外载荷与内力平衡关系求解。在薄壁壳体中这种应力即为沿壁厚均匀分布薄膜应力，并在容器总体范围内存在。厚壁容器中应力是沿壁厚呈非线性分布状态，能够分解为均布分量和非均布分量。p224第85页8689容器中产生应力原因是什么？(1)_；(2)_；(3)_；(4)_；(5)_。由压力载荷引发应力第六章 化工容器设计技术进展由机械载荷引发应力(2)由机械载荷引发应力 指压力以外其它机械载荷(如重力、支座反力、管道推力)产生应力。虽求解复杂，但符合外载荷与内力平衡关系。往往仅存在于容器局部，可称为局部应力。但风载与地震载荷作用范围不是局部，而且与时间相关，作为静载荷处理时遍布容器整体，是非均布非轴对称载荷。第86页8789容器中产生应力原因是什么？(1)_；(2)_；(3)_；(4)_；(5)_。由压力载荷引发应力由机械载荷引发应力第六章 化工容器设计技术进展 (3)由不连续效应引发不连续应力 以下三种情况均会产生不连续应力：几何不连续(如曲率半径有突变)；载荷不连续；材质不连续。比如夹套反应釜内筒在与夹套焊接地方同时存在几何不连续与载荷不连续(实际上还有轴向温度不连续)。请注意，结构不连续应力不是由压力载荷直接引发，而是由结构变形协调引发，在壳体上分布范围较大，称为总体不连续应力。沿壁厚分布有是线性分布有也呈均布。由不连续效应引发应力第87页8889容器中产生应力原因是什么？(1)_；(2)_；(3)_；(4)_；(5)_。由不连续效应引发应力由压力载荷引发应力由机械载荷引发应力第六章 化工容器设计技术进展(4)由温差产生热应力 因为壳壁温度沿经向(轴向)或径向(厚度方向)存在温差，引发热膨胀差，经过变形约束与协调便产生应力，这就是温差应力或称热应力。其“载荷”是温差，温差表明该类载荷强弱，称为热载荷，以区分于机械载荷。热应力在壳体上分布取决于温差在壳体上作用范围，有属于总体范围，有是局部范围。温差应力沿壁厚方向分布可能是线性或非线性，有些则可能是均布。由温差产生热应力第88页8989容器中产生应力原因是什么？(1)_；(2)_；(3)_；(4)_；(5)_。由温差产生热应力由不连续效应引发应力由压力载荷引发应力由机械载荷引发应力第六章 化工容器设计技术进展(5)由应力集中引发集中应力 容器上开孔边缘、接管根部、小圆角过渡处因应力集中而形成集中应力，其峰值可能比基本应力高出数倍。数值虽大，但分布范围很小。应力集中问题求解普通不包括壳体中性面总体不连续问题，主要是局部结构不连续问题，依靠弹性力学方法求解。但实际极难求得理论弹性解，惯用试验方法测定或采取数值解求得。由应力集中引发集中应力第89页90 (3)由不连续效应引发不连续应力 以下三种情况均会产生不连续应力：几何不连续(如曲率半径有突变)；载荷不连续；材质不连续。90不连续效应引发不连续应力有三种情况 (1)_；(2)_；(3)_。几何不连续载荷不连续材质不连续第六章 化工容器设计技术进展p224第90页9191应力分类法将容器中应力分为三大类：(1)_；(2)_；(3)_。一次应力第六章 化工容器设计技术进展 应力分类法将容器中应力分为三大类：一次应力；二次应力；峰值应力。(一)一次应力P(Primary stress)一次应力P也称基本应力，是平衡压力和其它机械载荷所必需法向应力或剪应力，可由外载荷平衡关系求得，一次应力随外载荷增加而增加。对于理想塑性材料，载荷到达极限状态时即使载荷不再增加，仍会产生不可限制塑性流动，直至破坏，这就是一次应力“非自限性”特征。p226 第91页92 (二)二次应力Q(Secondary stress)二次应力Q是指由相邻部件中面约束或结构本身约束所引发法向应力或切应力，基本特征是含有自限性。筒体与端盖连接部位存在“相邻部件”约束，厚壁容器内外壁存在温差时就形成“本身约束”。二次应力不是由外载荷直接产生，即不是为平衡外载所必需，而是受载时在协调变形中产生。当约束部位发生局部屈服和小量塑性流动会使变形得到协调，产生这种应力原因(变形差)便得到满足与缓解。亦即应力和变形也受到结构本身抑制而不发展，这就是自限性。91应力分类法将容器中应力分为三大类：(1)_；(2)_；(3)_。一次应力第六章 化工容器设计技术进展二次应力第92页93 (三)峰值应力F(Peakstress)峰值应力F是由局部结构不连续（中面以外各点不连续）和局部热应力影响而叠加到一次加二次应力之上应力增量。峰值应力最主要特点是高度局部性，因而不引发任何显著变形。其有害性仅可能引发疲劳裂纹或脆性断裂。91应力分类法将容器中应力分为三大类：(1)_；(2)_；(3)_。一次应力第六章 化工容器设计技术进展二次应力峰值应力第93页94一次总体薄膜应力Pm92一次应力又能够分为以下三种：(1)_；(2)_(3)_ 一次应力可再分为以下三种：1一次总体薄膜应力Pm(General primary membrane stress)这是指在容器总体范围内存在一次薄膜应力，在到达极限状态塑性流动过程中不会发生重新分布。沿壁厚(截面)均匀分布法向应力即薄膜应力，或者沿壁厚截面法向应力平均值。第六章 化工容器设计技术进展 一次总体薄膜应力实例有：圆筒壳体及任何回转壳体封头在远离结构不连续部位由压力引发薄膜应力、厚壁圆筒由内压产生轴向应力以及周向应力沿壁厚平均值。第94页9592一次应力又能够分为以下三种：(1)_；(2)_(3)_一次总体薄膜应力Pm第六章 化工容器设计技术进展 2一次弯曲应力Pb(Primary bending stress)由内压或其它机械载荷作用产生沿壁厚成线性分布法向应力。比如平板封头远离结构不连续区中央部位在压力作用下产生弯曲应力。一次弯曲应力与一次总体薄膜应力不一样之处仅在于沿壁厚分布是线性而不是均布。对受弯板，当两个表面应力到达屈服强度时，内部材料仍处于弹性状态，能够继续承载，此时应力沿壁厚分布将重新调整。所以这种应力不像总体薄膜应力那样轻易使壳体失效，允许有较高许用应力。对一次弯曲应力能够用极限分析方法作强度校核。一次弯曲应力Pb第95页9692一次应力又能够分为以下三种：(1)_；(2)_(3)_一次总体薄膜应力Pm第六章 化工容器设计技术进展 3一次局部薄膜应力PL(Primary local membrane stress)指由内压或其它机械载荷在结构不连续区产生薄膜应力(一次)和总体结构不连续产生薄膜应力(二次)统称，从保守考虑将此种应力划为一次局部薄膜应力。比如圆筒中由压力产生薄膜应力在远离不连续区地方称一次总体薄膜应力(Pm)，而在不连续区则称为一次局部薄膜应力(PL)。又如由总体不连续效应在壳体边缘区域产生周向薄膜应力，即使含有二次应力性质，但从方便和稳妥考虑仍保守地视为一次性质应力。永久性支座或接管给予壳体局部力与力矩而产生薄膜应力也是一次局部薄膜应力。一次弯曲应力Pb一次局部薄膜应力PLp226第96页97(二)二次应力Q(Secondary stress)二次应力Q是指由相邻部件约束或结构本身约束所引发法向应力或切应力，基本特征是含有自限性。93二次应力特点是含有 _性。自限性第六章 化工容器设计技术进展p226第97页98(三)峰值应力F(Peakstress)峰值应力F是由局部结构不连续和局部热应力影响而叠加到一次加二次应力之上应力增量。峰值应力最主要特点是高度局部性，因而不引发任何显著变形。其有害性仅是可能引发疲劳裂纹或脆性断裂。94峰值应力特点是_ _含有高度 _性。叠加到一次加二次应力之上局部性第六章 化工容器设计技术进展应力增量p227第98页99峰值应力F是由局部结构不连续和局部热应力影响而叠加到一次加二次应力之上应力增量。p227p229第六章 化工容器设计技术进展95峰值应力是不是最大应力？第99页10096请指出各部分应力分类第六章 化工容器设计技术进展(1)部位A 属远离结构不连续区域，受内压及径向温差载荷。由内压产生应力分两种情况：当筒体尚属薄壁容器时其应力为一次总体薄膜应力(Pm)；当属厚壁容器时，内外壁应力平均值为一次总体薄膜应力(Pm)，而沿壁厚应力梯度划为二次应力(Q)。线性与非线性间差值，应分类为峰值应力F。p229第100页10196请指出各部分应力分类第六章 化工容器设计技术进展(2)部位B 包含Bl,B2及B3几何不连续处，有内压产生应力，处于不连续区，该应力沿壁厚平均值划为一次局部薄膜应力(PL)，应力沿壁厚梯度为二次应力(Q)。总体不连续效应产生弯曲应力也为二次应力(Q)，不连续效应周向薄膜应力应偏保守地划为一次局部薄膜应力(PL)。由径向温差产生温差应力如部位A，作线性化处理后分为二次应力和峰值应力(Q+F)。Bl,B2和B3各部位应力分类为PL+Q+F)。p229第101页10296请指出各部分应力分类第六章 化工容器设计技术进展(3)部位C 现有内压在球壳与接管中产生应力(PL+Q)；也有球壳与接管总体不连续效应应力(PL+Q)；还有因径向温差产生温差应力(Q+F)；再有因小圆角(局部不连续)应力集中产生峰值应力(F)。总计应为PL+Q+F)。因为部位C未包括管端外加弯矩，管子横截面中一次弯曲应力Pb便不存在。又因为部位C为拐角处，内压引发薄膜应力不应划分总体薄膜应力Pm，应分类为一次局部薄膜应力PL。p229第102页10397设计应力强度定义是：_。p230材料短时拉伸性能除以对应安全系数第六章 化工容器设计技术进展设计应力强度设计应力强度第103页10498设计应力强度安全系数：（）对常温下最低抗拉强度b为：（）对常温下最低抗拉强度y为：（）对设计温度下最低抗拉强度yt为：（）(A)3.0，1.5，1.5；(B)2.6，1.5，1.5 (C)4.0，2.0，2.0；(D)2.0，1.5，1.5 材 料碳素钢,低合金钢奥氏体不锈钢nb=2.6nb=2.6常温下抗拉强度 b常温下屈服强度 y高温下屈服强度 ytny=1.5ny=1.5ny=1.5ny=1.5设计应力强度极限安全系数B2.61.51.5第六章 化工容器设计技术进展第104页105 一次总体薄膜应力(Pm)在容器内呈总体分布，无自限性，只要一点屈服即意味着整个截面以至总体范围屈服并引发显著总体变形。所以应与规则设计一样采取弹性失效设计准则，即以设计应力强度Sm作为一次总体薄膜应力强度限制条件：PmSm 99请写出各类组合应