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化工设备
摘要:
内容主要包括工程力学、化工设备材料和容器设计这3章的知识内容。
每章内容具体为:
第一章主要从设备的力学性能分析受力情况,从而得出设计构件许满足的力学条件。
第二章主要介绍设备材料,在考虑力学及经济的条件下选择最好最经济的材料。
而第三章则主要介绍如何设计容器的结构以及如何选用零部件标准。
通过总结,得出化工设备设计基础的基本内容及在设计容器时考虑的各方面内容等。
设计容器时要在满足力学性能的基础上,对容器各个部件进行材料的选择。
关键字:
工程力学化工设备材料容器设计化工设备设计基础
目录
第一章工程力学4
第一节物体的手里分析及其平衡条件4
1.1.1力的概念和基本情况4
1.1.2力矩与力偶4
1.1.3物体的受力分析5
第二节直杆的拉伸和压缩5
1.2.1直杆的拉伸5
1.2.2拉伸和压缩时材料的力学性能6
1.2.3拉伸和压缩的强度条件6
第三节直梁的弯曲6
1.3.1梁的弯曲实例与概念7
1.3.2梁横截面上的内力——剪力与弯矩7
1.3.3梁弯曲时横截面上的正应力及其分布规律7
1.3.4梁的弯曲和变形8
第四节剪切8
第五节圆轴的扭曲8
1.5.1圆轴扭转的特点8
1.5.2扭转时的外力和内力8
1.5.3扭转时横截面上的应力9
第二章化工设备材料9
第一节概述9
第二节材料的性能9
2.2.1力学材料9
2.2.2物理性能10
2.2.3化学性能10
2.2.4加工工艺性能10
第三节碳钢与铸钢10
2.3.1钢的热处理11
2.3.2碳钢12
2.3.3铸铁12
第四节合金钢12
2.4.1合金钢的分类、牌号、性能和用途12
2.4.2合金元素对钢的影响13
2.4.3特殊性能钢13
第五节有色金属14
第六节化工设备的腐蚀及防腐措施14
2.6.1金属的腐蚀14
2.6.2金属设备的防腐措施15
第七节化工设备材料选择15
第三章容器设计15
第一节概述15
3.1.1容器的结构与分类15
3.1.2容器的零部件标准化16
第二节内压薄壁容器设计16
3.2.1薄壁容器设计的理论基础16
3.2.2无力矩理论基本方程17
3.2.3基本方程式的应用18
3.2.4圆筒强度计算19
3.2.5压力试验20
第三节封头的设计20
3.3.1半球形封头20
3.3.2椭圆形封头20
3.3.3碟形封头21
3.3.4球冠形封头21
3.3.5锥形封头21
3.3.6平板封头21
第四节法兰连接21
3.4.1法兰连接结构与密封原理21
3.4.2法兰的分类22
3.4.3法兰标准及选用22
第五节容器支座22
3.5.1卧式容器支座22
3.5.2立式容器支座23
第六节容器的开孔与附件23
第一章工程力学
第一节物体的手里分析及其平衡条件
1.1.1力的概念和基本情况
力是通过物体间相互作用所产生的效果体现出来的。
力的三要素:
①力的大小;②力的方向;③力的作用点。
力有集中力和分布力之分。
按国际单位制,集中力的单位用“牛顿”(N),“千牛顿”(KN);分布力的单位是“牛顿/米2”(N/m2),又称帕斯卡(Pa)和兆帕斯卡(MPa)。
力的基本性质:
⑴作用于反作用定律;⑵而立平衡定律;⑶力的平行四边形定律。
1.1.2力矩与力偶
力矩的定义:
力对O点的矩是力使物体产生绕O点转动的效应度量。
它可以用一个代数量表示,其绝对值等于力矢的模与力矩的乘积,它的正负分别表示该力矩使物体产生逆时针和顺时针的两种转向。
O点叫做力矩中心;力的作用线到O点的垂直距离d叫做力臂;力臂和力的乘积叫做力对O点的力矩。
可以表示为
式中正负号表示力矩转动的方向,一般规定:
逆时针转动的力矩取正号;顺指针转动的力矩取负号。
力矩的单位为N·m或KN·m。
力偶就是受到大小相等、方向相反、互相平行的两个力的作用时,它对物体产生的纯转动效应。
力偶中二里之间相距的垂直距离称为力偶臂。
力偶矩是力偶对物体转动效应的度量。
力偶的3个主要性质:
⑴只要保持力偶矩的大小及其转向不变,力偶的位置可以在其作用平内任意移动或转动,还可以任意改变离得大小和臂的长短,而不会影响该力偶对刚体的效应。
⑵组成力偶的两个力既不平衡,也不能合成为一个合力。
⑶组成力偶的两个力对作用面内的任意点的力矩之和等于力偶矩本身。
力的平衡定理:
一个力可以用一个与之平行且相等的力和一个附加力偶来等效代替,反之,一个力和一个力偶也可以用另一个力来等效代替。
1.1.3物体的受力分析
如果物体只受主动力作用,而且能够在空间沿任何方向完全自由地运动,则称该物体为自由体。
如果物体的运动在某些方向上受到了限制而不能完全自由地运动,那么该物体就称为非自由体。
限制非自由体运动的物体叫约束。
工程中的各种约束,可以归纳为以下几种基本形式。
1.柔性体约束
这类约束由柔性物体如链条、皮带、钢丝绳等构成。
这种约束的特点是:
①只有当绳索被拉直时才能起到约束作用;②这种约束只能阻止非自由体沿绳索拉直的方向朝外运动,而限制不了非自由体在其他方向的运动。
2.光滑接触面的约束(受一个约束反力)
这类约束是由光滑支撑面如滑槽、导轨等构成。
它的特点是只能限制约束物体沿接触面公法线方向向着支撑面内的运动。
3.铰链约束
(1)固定铰链支座约束(受2个约束反力),它的特点是被约束物体只能绕销钉的轴线转动,而不能上下左右移动
(2)活动铰链支座约束(受1个约束反力),它的特点是指限制被约束物体沿垂直支撑面方向的运动,因此约束反力的方向必垂直于支撑面,并通过铰链中心。
4.固定端约束(受3个约束反力)
第二节直杆的拉伸和压缩
1.2.1直杆的拉伸
拉伸与压缩时的受力特点是:
沿着杆件的轴线方向作用一对大小相等、方向相反得外力。
变形特点:
拉伸时杆件沿轴向伸长,横向尺寸缩小;压缩时杆件沿轴向缩短,轴向尺寸增大。
用截面法求内力的步骤是:
①在需要求内力出假想用以横截面将构件截开,分成两部分;②以任一部分为研究对象;③在截面上加上内力,以代替另一部分对研究对象的作用;④写出研究对象的平衡方程式,解出截面上的内力。
均匀分布的内力的合力为N。
如横截面面积为A,则作用在单位横截面面积上的内力大小为
应力是单位面积上的内力,它的大小可以表示内力分布的密集程度。
单位长度上的伸长量:
1.2.2拉伸和压缩时材料的力学性能
1、弹性变形阶段和虎克定律
在弹性阶段内应力与应变正比,即
E为比例常数,称为材料的弹性模量。
上式还可以鞋厂另一种形式:
虎克定律可简述为:
若应力为超过弹性极限,则应力和应变成正比。
2、屈服阶段及屈服极限
试件内的应力达到屈服极限后所发生的形变,经试验证明是不可恢复的。
一般零件的实际工作应力都必须低于
。
规定出现0.2%塑性变形的应力作为名义应力。
3、强化阶段及强度极限
4、颈缩阶段及延伸率
和截面收缩率
强度性能:
用屈服极限和强度极限来表示,反映材料抵抗破坏的能力。
弹性性能:
用弹性模量E来表示,反映材料抵抗弹性变形的能力。
塑性性能:
用延伸率和截面收缩率来表示,反映材料具有的塑性变形能力。
1.2.3拉伸和压缩的强度条件
为了保证拉杆的正常工作,必须使最大工作应力不超过材料在拉伸时的许用应力,即
如果杆件是脆性材料制成的,那么
第三节直梁的弯曲
1.3.1梁的弯曲实例与概念
1、概念:
当杆件受到垂直于杆件轴线的力或力偶作用时,杆的轴线由直线变为曲线,这样的变形称为弯曲,以弯曲变形为主的杆件称为梁。
2、类型:
①简支梁:
一端固定铰链,一端活动铰链组成的梁。
②外伸梁:
一端或两端伸出支座以外的简支梁。
③悬梁臂:
一端固定,另一端处于自由状态。
1.3.2梁横截面上的内力——剪力与弯矩
直梁在横向力或弯矩作用下产生弯曲变形,同时,在梁的横截面上产生相应的内力,这种内力称为弯曲内力。
弯曲内力包括剪力和弯矩
①剪力Q:
在梁的横截面上,与外力平行,且使横截面有被剪断的趋势。
规定:
Q使该截面的相邻微段(也就是所取的用来作内力分析的段)有作顺时针转动的趋势为正,反之为负。
②弯矩M:
作用在梁的纵向截面,并使截面产生转动而弯曲。
规定:
不论是截面的左侧还是右侧,只要产生向上的外力均产生正弯矩,而不论看截面哪侧,只要是向下的外力均产生负弯矩
计算横截面上弯矩的法则:
梁在外力作用下,起任意指定横截面上的弯矩等于该截面一侧所有外力对该截面中性轴取矩的代数和;凡是向上的外力,其矩取正值;向下的外力,其矩取负值。
若梁上作用有集中力偶,则截面左侧顺时针转向的力偶或截面右侧逆时针转向的力偶取正值,反之取负值。
1.3.3梁弯曲时横截面上的正应力及其分布规律
弯矩是横截面上的内力总和,应力包括正应力和剪应力。
剪应力:
平行作用平面的应力。
正应力:
垂直作用平面的应力。
1.3.4梁的弯曲和变形
梁的横截面相对于原来位置绕中性轴转过的角度称为转角,用
表示,它的单位是弧度(rad)。
悬臂梁的自由端的最大挠度,最大转角,分别用
表示。
EJ为梁的抗弯刚度,EJ越大。
抵抗弯曲变形的能力越大,则变形越小。
只要最大挠度不超过许用挠度,最大转角不超过许用转角,就认为有足够的刚度,即
第四节剪切
剪应力的计算公式
局部接触面受压称为挤压。
由挤压引起的应力称为挤压应力,用
表示,塑性材料的许用挤压应力为(1.7~2.0)许用应力,脆性材料的的许用挤压应力为(2.0~2.5)许用应力。
剪切虎克定律:
当剪应力在小于弹性极限时,剪应力与剪应变形成正比。
弹性模量E、横向变形系数
和剪切弹性模量G,对于各向同性材料,他们之间存在的关系:
第五节圆轴的扭曲
1.5.1圆轴扭转的特点
扭转有两个特点:
受力。
在垂直杆轴的截面上作用着大小相等、方向相反的力偶矩。
变形。
构件受扭时,个横截面绕轴线产生相对转动,这种变形称为扭转变形。
1.5.2扭转时的外力和内力
外力矩的计算公式
如轴的功率n一定,转速n越大,则外力矩越小,反之,转速越低,则外力矩越大。
在扭转时,圆轴横截面上必有内力偶矩存在,这个内力偶矩叫做扭矩。
它的大小等于横截面一侧上外力矩的代数和。
扭矩的正负号可以用右手螺旋法则用矢量来表示,并规定当指向的方向离开截面时扭矩为正,反之为负。
1.5.3扭转时横截面上的应力
横截面上应力计算公式
对于实心圆轴来说
对于内径为d,外径为D的实心圆轴
在材料相同,截面面积相等的情况下,空心轴比实心轴的抗扭能力强,能够承受较大的外力矩。
第二章化工设备材料
第一节概述
化工设备大多数是由金属材料制成,一小部分由非金属材料制成。
金属材料
黑色金属:
碳钢、合金钢
有色金属:
铝、铜及其合金
非金属材料
化工陶瓷、化工搪瓷
第二节材料的性能
2.2.1力学材料
1、强度:
材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。
强度随温度的升高而下降。
强度常用指标:
屈服极限
和强度极限
此外还有蠕变极限、持久极限、疲劳极限。
2、硬度
材料抵抗硬物压入的能力。
材料越硬,材料就越耐磨。
指标分为:
①布氏硬度(HB) ②洛氏硬度(HR) ③维氏硬度(IIV)
区别是实验中采用的压头和压力不同而测的值不同。
3、塑性
概念:
材料在外力作用下产生塑性变形而不产生破坏的能力。
指标:
a、延伸率(δ):
试件拉断后,总的伸长长度与原始长度比值的百分率。
b、断面收缩率(ψ) :
断面缩小的面积与原始截面积比值的百分率。
δ与ψ越大,表明金属材料的塑性越好,可弯卷、锻压、冷冲、焊接等加工。
4、冲击韧性
材料对裂纹及缺口敏感程度的反映。
是衡量材料抗裂纹扩展的能力。
指标:
①冲击韧性:
抵抗冲击力作用而不致破坏的能力。
②断裂韧性:
抵抗材料存有微裂纹时而不致破坏的能力。
③无塑性转变温度:
材料在某一温度区间随温度的降低,其韧性值突然降低,此温度为无塑性转变温度。
用于确定材料的最低使用温度。
韧性对压力容器用材料十分重要,是压力容器用钢必检项目。
塑性好的材料,一般韧性好,但塑性不等于韧性。
2.2.2物理性能
材料的物理性能指金属的密度、熔点、导热、导电、热膨胀性、弹塑性模量等。
2.2.3化学性能
指材料的化学稳定性。
主要指耐蚀性能和抗氧化性能。
2.2.4加工工艺性能
指材料的铸造性、煅造性、可焊性、切削加工性和冷弯曲性能等。
第三节碳钢与铸钢
2.3.1钢的热处理
概念:
利用加热、保温、冷却等过程,使钢材在固态下发生内部晶体组织的结构变化,从而达到改变钢材性能的工艺。
热处理分为普通热处理和表面热处理。
普通热处理又分为退火、正火、淬火、回火;表面热处理又分为表面淬火和化学热处理。
1、退火与正火
①退火——将钢材加热至800℃+(30~50℃),热透后随炉温缓冷。
作用:
a、用来消除焊接、铸造等留下的粗大组织和所残留的内应力。
b、降低硬度,提高塑性。
②正火——将钢材加热至800℃+(30~50℃),热透后将工件从炉中取出,置于空气中冷却。
作用:
a、冷却速度较退火快,钢的晶粒较细,更好地降低硬度,提高塑性。
b、周期短,经济,但消除内应力不够彻底,用于对焊接结构和要求不高的零件。
2、淬火与回火
①淬火——将钢加热至淬火温度(临界点以上30~50℃),并保温一定时间,然后在淬火剂中冷却。
淬火剂一般为:
空气,油,水,盐水等(冷却能力依次递增)
作用:
极大的提高钢材的强度和硬度,但塑性和韧性降低。
②回火——将零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却过程。
作用:
降低或消除工件淬火后的内应力,使组织趋于稳定。
回火一般与淬火联合运用,按加热温度不同,回火分三种:
a、低温回火(强度大、塑性差) b、中温回火(强度较大、韧性较好) c、高温回火(强度大、塑性好)
3、表面淬火
钢的表面淬火时将工件的表面通过快速加热到临界温度以上,在热量还来不及传导致中心部之前,迅速冷却来改变钢的表层组织和组织结构,而中心部没有发生相变仍保持原有的组织状态。
4、化学热处理
通过加热、保温、冷却等过程,将某些化学元素渗入到零件表面,以改善其表面的化学成分和组织结构,从而使零件表面具有某些化学性能的方法。
分为:
渗碳、渗铝、渗铬、渗氮等。
2.3.2碳钢
普通碳素钢除含碳以外,还含有少量的锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)和氢(H)。
分类:
按用途分为建筑钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢,工具钢和特殊性能钢
按含碳量分为低碳钢、中碳钢和高碳钢
按脱氧方式分为镇静钢和沸腾钢
按冶炼质量分为碳素结构钢、优质碳素钢和高级优质钢
碳钢的品种有钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢。
2.3.3铸铁
工业上常用的铸铁含碳量一般在2%以上,并含有S、P、Si、Mn等杂质。
铸铁课分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、高硅铸铁等
灰铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在,断口成暗灰色。
球墨铸铁在酸性介质中耐腐蚀性较差,它的拍好用QT、抗拉强度、延伸率表示。
高硅铸铁是往灰铸铁或球墨铸铁中加入一定量的合金元素硅等炼制而成,随含硅量的增加耐蚀性能增加。
第四节合金钢
2.4.1合金钢的分类、牌号、性能和用途
1、分类
①按化学成份分类
低合金钢:
合金元素总含量不大于5%;中合金钢:
合金元素总含量不大于5~10%;高合金钢:
合金元素总含量不大于10%
②按用途分类
普通低合金钢:
在普通碳素钢中加入少量合金元素。
合金结构钢:
在优质碳素钢中加入适量合金元素。
特殊性能钢:
不锈钢及不锈耐酸钢、耐热钢、低温用钢。
2、牌号
①普通低合金钢及合金结构钢牌号
如:
16MnCu Mn——含碳量以万分之几表示:
0.16%
说明:
a、合金元素含量以百分数表示但当合金元素含量小于1.5%时可不标出,但必须标出化学元素符号。
b、有时两种钢除一种主要元素外,其余的均相同,且这些元素含量均在1.5%以下,则含量高的加注“1”以示区别,如:
12Cr1MoV与12CrMoV
c、化学元素符号必须标出。
②特殊性能钢(耐热、低温、不锈钢)牌号
如:
00Cr18Ni9Ti 含Ti<1.5% 含Ni 9% 含Cr18% 含C<0.03%
说明:
a、含碳量用千分之一表示。
b、若含碳量<0.03%时,则用“00”表示。
c、若含碳量<0.08%时,则用“0”表示。
2.4.2合金元素对钢的影响
合金钢:
在碳素钢中有意加入一些特定的合金元素以改善钢材的性能。
常加入的合金元素有:
Cr、Mn、Ni、Si、Mo、V、Ti、B等。
作用:
①提高碳素钢的强度
②细化晶粒
③改善钢的热处理性能
④提高钢材的耐蚀性能
⑤提高钢材的高温强度和抗高温氧化性
2.4.3特殊性能钢
特殊性能钢是指具有特殊物理性能或化学性能的钢
1、不耐锈酸钢
不耐锈酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称,严格讲不锈钢是指耐大气腐蚀的钢;耐酸钢是指能抵抗酸及其他强烈腐蚀性介质的钢。
不锈钢一所含金属元素不同,分为以铬为主的铬不锈钢及已铬镍为主的铬镍不锈钢。
2、节镍无镍不锈钢
3、耐热钢
耐热性包括抗氧性和抗热性
第五节有色金属
铁以外的金属称为非金属,也称有色金属,有色金属及其合金的种类很多,常用的又铝、铜、铅、钛等。
铝属于轻金属,相对密度小(2.71),约为铁的1/3,导电、导热性很高。
铝无低温脆性、无磁性、对光和热的反射能力强和耐辐射,冲击不产生火花。
铝的种类有纯铝、防锈铝、铸铝。
铜属于半贵金属,相对密度8.94,铜及其合金具有高的导电性和导热性,较好的塑性、韧性及低温力学性能。
铜可以分为纯铜、黄铜、青铜等。
钛的相对密度小(4.5)、强度高、耐腐蚀性好、熔点高。
镍是稀有贵重金属,性对密度8.902,具有很高的强度和塑性,有良好的延伸性和可锻性。
第六节化工设备的腐蚀及防腐措施
2.6.1金属的腐蚀
腐蚀是材料由于环境作用引起的破坏或变质。
金属材料腐蚀的分类
1、按化学机理分
①化学腐蚀:
金属与环境发生化学反应,特点是没有电流产生。
如,铅在四氯化碳中的腐蚀。
②电化学腐蚀:
金属与电解质发生化学反应,特点是有微电流产生。
如,铁在稀硫酸溶液中的腐蚀。
2、按金属破坏特性分
①全面腐蚀:
发生在整个金属表面。
②局部腐蚀:
发生在金属局部区域。
应力腐蚀:
如,焊接后造成的应力集中,解决办法:
退火。
孔蚀:
又叫点蚀,在金属局部区域。
晶间腐蚀:
发生在晶粒边界处并沿晶粒边缘向深处发展。
如,18-8钢焊接后出现的现象。
氢腐蚀:
钢在高温高压氢气作用下而变脆的现象。
温度≥200℃,压力≥4.9MPa。
防治措施:
①降低钢中的含碳量 ②加入Cr、Mo、Ti、W、V等形成稳定碳化物。
二、金属腐蚀的评价方法
1、根据重量变化
2、根据腐蚀深度
2.6.2金属设备的防腐措施
1、衬复保护层:
金属保护层、非金属保护层
2、电化学保护
1)阴极保护:
附加一直流电源,将电源阴极接入金属壳体。
2)阳极保护:
此法技术复杂,应用不多。
3)添加缓蚀剂
第七节化工设备材料选择
设备的原则考虑的方面有:
材料的物理、力学性能(屈服强度、抗拉强度是决定钢板许用应力的依据);材料的耐腐蚀性;材料的经济性;其他方面等。
第三章容器设计
第一节概述
3.1.1容器的结构与分类
1、结构
筒身、封头、人孔、支座、接管、液面计等。
2、概念
压力容器:
指内部含有压力液体的容器。
3、分类
⑴按容器形状分类
①方形和矩形容器 ②球形容器③圆筒形容器
⑵按容器承压性质分类
①内压容器:
内压大于外压 ②外压容器:
内压小于外压
⑶按容器的壁温分类
①常温容器:
壁温高于
条件下工作的容器;②高温容器:
壁温达到材料蠕变温度下工作的容器;③中温容器:
介于高温与低温之间;④低温容器:
壁温低于
条件下工作的容器。
⑷根据容器的设计压力将内压容器分
①低压容器:
0.1≤p<1.6MPa;②中压容器:
1.6≤p<10MPa;③高压容器:
10≤p<100MPa;④超高压容器:
p≥100MPa;⑤按管理分类
①第一类容器 ②第二类容器 ③第三类容器
3.1.2容器的零部件标准化
1、目的:
为便于设计,有利于成批生产,提高质量,便于互换,降低成本,提高劳动生产率等。
2、零部件标准化的基本参数
①公称直径(DN)——单位mm
对容器:
a、由钢板卷制的筒体和成形的封头,公称直径指其内径。
b、用无缝钢管作为容器的筒体时,公称直径指无缝钢管的外径。
对接管:
既不是管子的内径也不是管子的外径,是管子的名义直径。
②公称压力(PN)——单位MPa
将压力容器或零部件承受的压力分成若干个规定的压力等级,这种规定的压力等级为公称压力。
第二节内压薄壁容器设计
3.2.1薄壁容器设计的理论基础
压力容器按壁厚可以分为薄壁容器和厚壁容器。
根据容器外径DO与内径Di的比值K来判断,当K≤1.2为薄壁容器;K>1.2则为厚壁容器。
圆筒形薄壁容器承受内压时的应力只有拉应力无弯曲,“环向纤维”和“纵向纤维”受到拉力。
(或
)圆筒母线方向(即轴向)拉应力,
(或
)圆周方向的拉应力。
圆筒的应力设计:
轴向应力
环向应力
由以上式子可知:
薄壁圆筒受内压环向应力是轴向应力两倍。
3.2.2无力矩理论基本方程
㈠基本概念与基本假设
1.基本概念
(1)旋转壳体:
壳体中面(等分壳体厚度)是任意直线或平面曲线作母线,绕其同平面内的轴线旋转一周而成的旋转曲面。
(2)轴对称:
壳体的几何形状、约束条件和所受外力都是对称于某一轴。
化工用的压力容器通常是轴对称问题。
(3)旋转壳体的几何概念:
母线与经线、法线、平行圆
第一曲率半径:
经线曲率半径
第二曲率半径:
垂直于经线的平面与中面相割形成的曲线BE的曲率半径
2.基本假设
假定壳体材料有连续性、均匀性和各向同性,即壳体是完全弹性的。
(1)小位移假设:
各点位移都远小于厚度。
可用变形前尺寸代替变形后尺寸。
变形分析中高阶微量可忽略。
(2)直线法假设:
变形前垂直于中面直线段,变形后仍是直线并垂直于变形后的中面。
变形前后法向线段长度不变。
沿厚度各点法向位移相同,厚度不变。
(3)不挤压假设:
各层纤维变形前后互不挤压。
㈡无力矩理论基本方程式
无力矩理论是在旋转薄壳的受力分析中忽略了弯矩的作用。
此时应力状态和承受内压的薄膜相似。
又称薄膜理论。
3.2.3基本方程式的应用
1.圆筒形壳体
第一曲率半径R1=∞,第二曲率半径R2=D/2,带入上式得:
2.球形壳体
球壳R1=R2=D/2,得:
直径与内压相同,球壳内应力仅是圆筒形壳体环向应力的一半,即球形壳体的厚度仅需圆筒容器厚度的一半。
当容器容积相同时,球表面积最小,故大型贮罐制成球形较为经济。
3.圆锥形壳体
圆锥形壳半锥角为a,A点处半径为r,厚度为d,则在A点处:
锥形壳体环向应力是经向应力两
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