石河子大学：《化工机械设备基础》课程教学资源（PPT课件）第12章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计

第12章内压薄壁圆筒与封头的强度设计12.1强度设计的基本知识12.2内压薄壁圆简壳与球壳的迁都设计12.3内压圆简封头的设计5返回一上一内容一下一内容今回主目录2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 第12章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 12.1 强度设计的基本知识 12.2 内压薄壁圆筒壳与球壳的迁都设计 12.3 内压圆筒封头的设计

第四章内压薄壁圆筒与封头的强度设计本章重点：内压薄壁圆简的厚度计算本章难点：厚度的概念和设计参数的确定计划学时：6学时5返回上一内容下一内容今回主目录2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 本章重点：内压薄壁圆筒的厚度计算 本章难点：厚度的概念和设计参数的确定 计划学时：6学时

第四章内压薄壁圆筒与封头的强度设计强度设计公式推导过程如下：①根据薄膜理论进行应力分析，确定薄膜应力状态下的主应力；②根据弹性失效的设计准则，应用强度理论确定应力的强度判据；③对于封头，考虑到薄膜应力的变化和边缘应力的影响，按壳体中的应力状况在公式中引进应力增强系数④根据应力强度判据，考虑腐蚀等实际因素导出具体的计算公式。5返回回主目录一上一内容下一内容2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 强度设计公式推导过程如下： ①根据薄膜理论进行应力分析，确定薄膜应力状态下 的主应力； ②根据弹性失效的设计准则，应用强度理论确定应力 的强度判据； ③对于封头，考虑到薄膜应力的变化和边缘应力的影 响，按壳体中的应力状况在公式中引进应力增强系数 。 ④根据应力强度判据，考虑腐蚀等实际因素导出具体 的计算公式

4.1强度设计的基本知识4.1.1关于弹性失效的设计准则1、弹性失效理论对于中、低压薄壁容器，目前通用的是弹性失效理论。依据这一理论，容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点st，容器即告失效（失去正常的工作能力），也就是说，容器的每一部分必须处于弹性变形范围内。保证器壁内的相当应力必须小于材料由单向拉伸时测得的屈服点，即α当<s。5返回上一内容下一内容回主目录2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 4.1强度设计的基本知识 4.1.1关于弹性失效的设计准则 1、弹性失效理论 对于中、低压薄壁容器，目前通用的是弹性失效 理论。 依据这一理论，容器上一处的最大应力达到材料 在设计温度下的屈服点σst，容器即告失效(失去正 常的工作能力)，也就是说，容器的每一部分必须处 于弹性变形范围内。保证器壁内的相当应力必须小于 材料由单向拉伸时测得的屈服点，即σ当＜σs

4.1强度设计的基本知识2.强度安全条件为了保证结构安全可靠地工作，必须留有一定的安全裕度，使结构中的最大工作应力与材料的许用应力之间满足一定的关系。即福一=[α]<Q当nG0一极限应力（由简单拉伸试验确定）n一安全系数[] 一许用应力o当一相当应力，由强度理论来确定。5返回←上一内容下一内容今回主目录2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 4.1强度设计的基本知识 0 [ ] n    当  = 2．强度安全条件 为了保证结构安全可靠地工作，必须留有一定的安 全裕度，使结构中的最大工作应力与材料的许用应力 之间满足一定的关系。即 σ0 —极限应力（由简单拉伸试验确定） n —安全系数 [σ] —许用应力 σ当—相当应力，由强度理论来确定

4.1强度设计的基本知识4.1.2强度理论及其相应的强度条件以圆筒形容器作例：D--4a,9Om4Sa主应力d=adr0=0=0Oh9,=0a5返回内容下一内容口主目录上2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 4.1强度设计的基本知识 4.1.2强度理论及其相应的强度条件 以圆筒形容器作例： 4 2 m pD pD S S   = ， ＝ 1 2 pD S 主应力 ＝  =  2 4 m pD S  = ＝ 3  = 0

4.1强度设计的基本知识第一强度理论最大主应力理论pD[α]适用于脆性材料）6当2S第二强度理论最大变形理论（与实际相关较大，未用）第三强度理论最大剪应力理论PDIm0≤[α适用于塑性材料)=Q0当C2S第四强度理论能量理论（适用于塑性材料）5返回回主目录←上一内容下一内容2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 4.1强度设计的基本知识 第一强度理论——最大主应力理论 1 [ ] 2 I pD S    当 = =  （适用于脆性材料） 第二强度理论——最大变形理论 （与实际相关较大，未用） 第三强度理论——最大剪应力理论 1 3 0 [ ] 2 III pD S     当 = − = −  （适用于塑性材料） 第四强度理论——能量理论（适用于塑性材料）

4.1强度设计的基本知识IVV(0,-0,) +(, -0,) +(, -,)2当DVo2+-,=≤[q]2.3S5返回内容下一内容回主目录上2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 4.1强度设计的基本知识 2 2 2 1 2 2 3 3 1 2 2 1 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) 2 [ ] 2.3 IV pD S             = − + − + − =  当 ＋ － ＝

4.2内压薄壁圆壳体与球壳的强度设计4.2.1设计计算一、圆筒形容器1、强度设计公式根据前面所讲的第三强度理论，有：PDIII-0≤[α]=9-Q,O当酒2S将平均直径换为圆简内径D=Di+S；将压力p换为计算压力p；考虑焊接制造因素中，将［］换为［]］t则有：(D, + S) Pc =[o}'Φ2S5返回←上一内容一下一内容今回主目录2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 4.2内压薄壁圆壳体与球壳的强度设计 4.2.1设计计算 一、圆筒形容器 1、强度设计公式 根据前面所讲的第三强度理论，有： 1 3 0 [ ] 2 III pD S     当 = − = −  将平均直径换为圆筒内径D=Di+S; 将压力p换为计算 压力pc；考虑焊接制造因素φ，将[σ]换为[σ] tφ 则有： ( ) [ ] 2 D S p i c t S   +  =

4.2内压薄壁圆壳体与球壳的强度设计p.D故： S=2[o]'- Pe其中S一计算壁厚，mm【]t一材料在设计温度下的许用应力，Mpa;2、厚度的定义p.D,计算厚度：2[]'Φ - pc设计厚度=S+C2Sd名义厚度SnSd十C1十圆整值=S十C十圆整值三有效厚度SeSn-C三5返回上一内容下一内容回主目录2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 4.2内压薄壁圆壳体与球壳的强度设计 其中 S —计算壁厚,mm [σ] t —材料在设计温度下的许用应力，Mpa; 2、厚度的定义 计算厚度： 2[ ] i t c D   − p c p 故： S＝ 2[ ] i t c D   − p c p S＝ 设计厚度 Sd = S＋C2 名义厚度 Sn = Sd＋C1＋圆整值=S＋C＋圆整值 有效厚度 Se = Sn－C