化工机械课件

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1、 化工设备机械基础化工设备机械基础张张 茂茂 润润 化工机械的概念化工机械的概念: : 为保证为保证化工生产连续进行的所有设备与机器的总称。化工生产连续进行的所有设备与机器的总称。 设备的的概念设备的的概念: : 在化工产品在化工产品生产过程中用于进行化学反应、传质、传生产过程中用于进行化学反应、传质、传热、分离、结晶和贮存物料等装置。常用的热、分离、结晶和贮存物料等装置。常用的化工化工设备其结设备其结构见图构见图(a) 、 (b) 、 (c) 、 (d) 。 机器的概念机器的概念: : 在化工产品在化工产品生产过程中用于为各种流体提供动力的装生产过程中用于为各种流体提供动力的装置置( (如各

2、种泵、压缩机、风机等如各种泵、压缩机、风机等) )。 设备与机器的区别：设备与机器的区别： 研究对象：研究对象：化工化工设备的设计理论、设计的基本程序和方法设备的设计理论、设计的基本程序和方法 及设计结果的正确表达。及设计结果的正确表达。 (a)带搅拌的反应器带搅拌的反应器 (b)列管式换热器列管式换热器 （c）填料塔）填料塔 （d）贮）贮 罐罐 化工容器的概念：化工容器的概念： 所有化工设备外部壳体的总称。是设计一切化工设所有化工设备外部壳体的总称。是设计一切化工设备的基础。备的基础。 化工容器的结构：化工容器的结构： 筒体、封头、附件（法兰、支座、人孔、手孔等）筒体、封头、附件（法兰、支座

3、、人孔、手孔等）筒体筒体支座支座法兰法兰封头封头人孔人孔工艺接管工艺接管液面计液面计 化工容器设计的主要内容：化工容器设计的主要内容： 筒体、封头的强度、刚度、稳定性计算，结构设计；筒体、封头的强度、刚度、稳定性计算，结构设计；附件选型。附件选型。 化工容器的设计是设计一切化工设备的基础。化工容器的设计是设计一切化工设备的基础。 一、一、 化工容器的分类化工容器的分类 (1) 按几何形状分类按几何形状分类 矩形容器（优、缺点）矩形容器（优、缺点） 圆筒形容器（优、缺点，应用最广）圆筒形容器（优、缺点，应用最广） 球形容器（优、缺点）、锥形容器（优、缺点）球形容器（优、缺点）、锥形容器（优、缺点

4、） (2) 按承压性质分类按承压性质分类 外压容器的概念：外压容器的概念： 内压容器：常压容器、低压容器、中压容器、高压容内压容器：常压容器、低压容器、中压容器、高压容 器、超高压容器。器、超高压容器。 (3)按材料分类按材料分类 金属制容器、非金属制容器。金属制容器、非金属制容器。 研究对象：研究对象：钢制的、典型的、常见的中、低、常压容器的钢制的、典型的、常见的中、低、常压容器的 设计。设计。 容器又分为容器又分为类类、类类、类类。 二、零、部件设计的机械要求二、零、部件设计的机械要求 (1) 具有一定的具有一定的强度强度 防止构件在外力作用下被破坏。防止构件在外力作用下被破坏。 (2)

5、具有足够的具有足够的刚度刚度 防止构件在外力作用下发生过大变形。防止构件在外力作用下发生过大变形。 (3) 具有充分的稳定性具有充分的稳定性 防止构件在外力作用下失去自身几何的形状。防止构件在外力作用下失去自身几何的形状。 (4)具有一定的具有一定的耐久性耐久性 构件具有的使用寿命构件具有的使用寿命10-12年。年。 (5)具有良好的密封性具有良好的密封性 防止构件发生泄漏。防止构件发生泄漏。 三、零、部件标准化的意义三、零、部件标准化的意义 (1) 有利于产品的批量生产、提高产品的质量、降低产品有利于产品的批量生产、提高产品的质量、降低产品的价格等。的价格等。 (2) 有利于零、部件之间的互

6、换，提高劳动效率，降低劳有利于零、部件之间的互换，提高劳动效率，降低劳动强度。动强度。 (3)有利于世界各国之间的技术交流。有利于世界各国之间的技术交流。 四、零、部件标准化的基本参数四、零、部件标准化的基本参数 (1)公称直径公称直径DN卷制的圆筒公称直径卷制的圆筒公称直径 DN 系列系列 卷制的圆筒卷制的圆筒: DN = D i (内径内径 ) 管制的筒体管制的筒体: DN = Do (管子的外径管子的外径) 钢管钢管: DN 管子内、外径管子内、外径 (2)公称压力公称压力PN 将化工容器承受的压力划分为若干个标准的压力等级，将化工容器承受的压力划分为若干个标准的压力等级，这一压力等级称

7、为公称压力。这一压力等级称为公称压力。 公称压力公称压力P N (M Pa) 公称压力的确定：由化工容器的工作压力向标准的压力等公称压力的确定：由化工容器的工作压力向标准的压力等 级取值。级取值。要求：掌握上述基本参数，并会确定其值。要求：掌握上述基本参数，并会确定其值。0.250.61.01.62.54.06.4101625 应用举例：应用举例： 需要设计一台体积为需要设计一台体积为20 的液氨贮罐，若液氨的工的液氨贮罐，若液氨的工作压力为作压力为1.6 ; ; 罐体的长径比为罐体的长径比为 ， 试确定试确定贮罐的贮罐的 。 解解:（1）罐体的）罐体的 确定确定 将罐体视为筒体，取将罐体视为

8、筒体，取 ，由由 得：得： =1.996（m），）， 圆整圆整 , 罐体罐体 （2）罐体）罐体 的确定的确定 因操作压力因操作压力 1.6 ， = 1.63mMPa/3.2iL D DNPN、DN/3.2iL D 343.2iVD24iVDL34203.2iDiD2000iDmm2000DNmmPNWpMPaPNMPaLD i 第一章第一章 化工设备常用金属材料的基本性能化工设备常用金属材料的基本性能 本章要求：本章要求： 一、了解金属材料的基本性能一、了解金属材料的基本性能(重点重点:机械、耐腐蚀性能机械、耐腐蚀性能)； 二、掌握化工设备常用金属材料牌号的意义及用途；二、掌握化工设备常用金属

9、材料牌号的意义及用途； 三、了解提高和改善碳钢机械性能和加工性能的方法三、了解提高和改善碳钢机械性能和加工性能的方法 化工生产的特点：高温、高压、强腐蚀。化工生产的特点：高温、高压、强腐蚀。 1.1 金属材料的基本性能金属材料的基本性能 一、机械性能（重点）一、机械性能（重点） (1) 机械强度机械强度 概念、强度指标概念、强度指标 Sb（、） (2) 弹塑性弹塑性 弹塑性指标弹塑性指标 、制造化工容器使、制造化工容器使 用材料的用材料的 。 (3) 冲击韧性冲击韧性 制造化工容器使用材料的制造化工容器使用材料的 (4) 硬度硬度 概念、布氏硬度概念、布氏硬度HB、洛氏硬度、洛氏硬度 HR的测

10、试方法及应用。的测试方法及应用。 (5)碳钢在高温下的机械性能碳钢在高温下的机械性能 强度、弹塑性、冲击韧性、硬度的变化强度、弹塑性、冲击韧性、硬度的变化 蠕变现象：蠕变现象： (6)碳钢在低温下的机械性能碳钢在低温下的机械性能r r hFFK224/KKgm cm()E、 、20%碳钢在高温下的机械性能碳钢在高温下的机械性能5101520252001004005003000.10.20.30.40.520040060080020406080100200300400800bSET(C) 强度、弹塑性、冲击韧性、硬度强度、弹塑性、冲击韧性、硬度的变化的变化 冷脆现象冷脆现象: 二、材料的耐腐蚀性

11、能（重点）二、材料的耐腐蚀性能（重点） 耐腐蚀性能的概念耐腐蚀性能的概念: 衡量耐腐蚀性能的指标：衡量耐腐蚀性能的指标：腐蚀速率腐蚀速率V（mm/a） 根据腐蚀速率根据腐蚀速率V 的不同，金属材料分为下列三类：的不同，金属材料分为下列三类： 耐腐蚀材料：耐腐蚀材料：V0.05 mm/a； 尚腐蚀材料：尚腐蚀材料：0.05 mm/a V0.1 mm/a ； 不耐腐蚀材料：不耐腐蚀材料：V 0.1 mm/a 为了使设计的化工容器具有一定的使用寿命，在设计截为了使设计的化工容器具有一定的使用寿命，在设计截 面尺寸时需考虑面尺寸时需考虑腐蚀裕量腐蚀裕量C2. C2=使用年限使用年限V（单面腐蚀）；（单

12、面腐蚀）；C2=2使用年限使用年限V（双面腐蚀）（双面腐蚀） 三、物理性能三、物理性能 密度、熔点、热胀系数、沸点等。密度、熔点、热胀系数、沸点等。 四、加工工艺性能四、加工工艺性能 金属材料具有切削、焊接、铸造、锻造等加工的可能金属材料具有切削、焊接、铸造、锻造等加工的可能性。制造化工容器使用的材料要求具有良好的加工工艺性性。制造化工容器使用的材料要求具有良好的加工工艺性能，以便制造方便。能，以便制造方便。 1.2 常用金属材料牌号的意义及用途常用金属材料牌号的意义及用途 制造化工设备常用金属材料：碳钢、合金钢、铸铁、制造化工设备常用金属材料：碳钢、合金钢、铸铁、有色金属及其合金。有色金属及

13、其合金。 一、碳一、碳 钢钢 (1)普通碳素钢普通碳素钢 甲类钢、乙类钢、特类钢甲类钢、乙类钢、特类钢, 三种钢的特点，最常用的是甲三种钢的特点，最常用的是甲 类类3号钢。号钢。 甲类钢的牌号组成：以甲类钢的牌号组成：以Q235AF为例，为例，Q屈服极限屈服极限，235屈服极限值屈服极限值(M Pa) ， A材料的等级材料的等级(A、B、C、D四个等级四个等级)，F沸腾钢沸腾钢， b半镇静钢半镇静钢，g锅炉钢锅炉钢，R容器钢容器钢，Z镇静钢镇静钢(一般一般不写不写)。 (2)优质碳素钢优质碳素钢 优质碳素钢的冶炼工艺及对优质碳素钢的冶炼工艺及对S、P 等杂质的控制更加等杂质的控制更加 严格，其

14、质量和价格比普通碳素钢高，牌号以含碳量（以严格，其质量和价格比普通碳素钢高，牌号以含碳量（以 万分计）表示，根据含碳量的不同，优质碳素钢可分为三万分计）表示，根据含碳量的不同，优质碳素钢可分为三类类 优质低碳钢优质低碳钢: (C 0.25%) 08、10、15、20、25。 优质中碳钢优质中碳钢: (0.25% C 0.6%)30、35、40、45、50、55 优质高碳钢优质高碳钢: (C 0.6%) 60、65、70。 10板材用于制造垫片，板材用于制造垫片，20、20g板材用于制造锅炉的外板材用于制造锅炉的外 壳，壳，30、35棒材用于制造螺栓、螺母，棒材用于制造螺栓、螺母，45用于制造传

15、动轴，用于制造传动轴，60、65、70用于制造弹簧、刀具、量具等。用于制造弹簧、刀具、量具等。 碳钢的耐腐蚀性能较差，但可以用其制造的容器盛放碳钢的耐腐蚀性能较差，但可以用其制造的容器盛放浓硫酸、浓硝酸浓硫酸、浓硝酸 (原因原因) 。为了提高碳钢的耐腐蚀性能，。为了提高碳钢的耐腐蚀性能， 在碳钢中加入少量的合金元素如在碳钢中加入少量的合金元素如 M n、Cr、Ni、Ti、V、 S i等生成的钢称为合金钢。等生成的钢称为合金钢。 二、合金钢二、合金钢 (1)普通低合金钢普通低合金钢 制造容器最常用的牌号有：制造容器最常用的牌号有： 16Mn、16MnR、15MnVR、15MnDR 牌号各项符号的

16、意义：以牌号各项符号的意义：以15MnVR为例，为例，15含碳量含碳量(以万以万分计分计)、M n合金元素合金元素 , 其后的数字为合金元素含量其后的数字为合金元素含量(以以百分计，低于百分计，低于1.5%不写不写)，V合金元素合金元素，R容器容器。 (2)合合金结构钢金结构钢 合金结构钢牌号各项符号的意义与普通低合金钢相似，合金结构钢牌号各项符号的意义与普通低合金钢相似， 以以20Cr为例：为例：20含碳量含碳量（以万分计）、（以万分计）、Cr合金元素合金元素, 其后的数字为合金元素含量（以百分计，低于其后的数字为合金元素含量（以百分计，低于1.5%不不 写），合金结构钢在化工设备上应用较少

17、，主要用于通用写），合金结构钢在化工设备上应用较少，主要用于通用 机械。机械。 (3)不锈钢及不锈耐酸钢不锈钢及不锈耐酸钢 常用的牌号有：常用的牌号有： 1Cr 18Ni 9Ti ,0Cr18Ni 9Ti ,0Cr18Ni 10Ti ,00Cr18Ni 9Ti 牌号各项符号的意义：与普通低合金钢相似，但其含碳量牌号各项符号的意义：与普通低合金钢相似，但其含碳量以千分计。以千分计。0.8/1000、0.5/1000 、 0.3/1000。 (4)耐热钢耐热钢 牌号较多牌号较多,每个牌号具有不同的使用温度范围。每个牌号具有不同的使用温度范围。 三、铸三、铸 铁铁 铸铁的概念铸铁的概念:含碳量为含碳

18、量为2.5-4%的铁碳合金的铁碳合金。 特点特点:强度强度、硬度高硬度高 ; ; 塑性塑性、焊接性能、冷冲压性能、焊接性能、冷冲压性能差差 常用的铸铁牌号有：常用的铸铁牌号有： 灰口铸铁灰口铸铁(HT)、 球墨铸铁球墨铸铁(QT)、可锻铸铁、可锻铸铁( KT )、高、高硅铸铁硅铸铁(GT )。 牌号各项符号的意义，以牌号各项符号的意义，以HT 150-330为例：为例：HT-灰口铸铁灰口铸铁、150-抗拉强度抗拉强度(M Pa)、330-抗弯强度抗弯强度(M Pa)。 四、有色金属及其合金（简要介绍）四、有色金属及其合金（简要介绍） 铜铜、铝及其合金。、铝及其合金。 1.3 提高和改善碳钢机械

19、性能和加工性能的方法提高和改善碳钢机械性能和加工性能的方法 碳钢的机械性能和加工性能由碳钢的化学成份和组织碳钢的机械性能和加工性能由碳钢的化学成份和组织结构决定，因此改变其性能的方法如下。结构决定，因此改变其性能的方法如下。 一、调正和控制碳钢的化学成份一、调正和控制碳钢的化学成份 改变碳钢的化学成份可以改变其机械和加工性能。改变碳钢的化学成份可以改变其机械和加工性能。（举例说明）（举例说明） 二、改变碳钢的组织结构二、改变碳钢的组织结构 热处理的概念：热处理的概念： 常用的热处理方式：常用的热处理方式： 退火，正火，淬火，回火，调质处理。退火，正火，淬火，回火，调质处理。 化学热处理的概念：

20、化学热处理的概念： 常用的热处理方式：渗碳常用的热处理方式：渗碳(S-C )，渗氮，渗氮(S-N )，碳氮共渗，碳氮共渗(C-N ) 。 三、三、冷、热加工冷、热加工 冷加工和热加工可以使材料发生塑性变形，留有残余冷加工和热加工可以使材料发生塑性变形，留有残余 应力，材料的机械和加工性能都会发生改变。应力，材料的机械和加工性能都会发生改变。T/时间时间/t加热加热保温保温冷却冷却 第二章第二章 内压薄壁容器的应力分析内压薄壁容器的应力分析 本章要求：本章要求： 一、了解回转壳体、中间面、轴对称等的概念；一、了解回转壳体、中间面、轴对称等的概念； 二、掌握第一曲率半径、第二曲率半径的概念；二、掌

21、握第一曲率半径、第二曲率半径的概念； 三、掌握薄膜应力的基本方程及其应用条件；三、掌握薄膜应力的基本方程及其应用条件； 四、熟练掌握薄膜应力理论在典型壳体中的应用；四、熟练掌握薄膜应力理论在典型壳体中的应用； 五、了解边缘应力的概念五、了解边缘应力的概念 薄壁容器的概念薄壁容器的概念: ( 1.2) 厚壁容器的概念厚壁容器的概念: ( 1.2) 研究对象：内压薄壁容器的设计研究对象：内压薄壁容器的设计。（原因）。（原因）/OiDD/OiDD 内压薄壁容器的应力分类内压薄壁容器的应力分类: : 薄壁容器承受内压作用后，产生的变形如图所示。薄壁容器承受内压作用后，产生的变形如图所示。 根据变形的不

22、同应力可分为三类，根据变形的不同应力可分为三类， 1远离联接边缘处的两向拉应力，远离联接边缘处的两向拉应力， 即薄膜应力即薄膜应力 (无力矩理论计算无力矩理论计算) 。 2联接边缘处的弯曲正应力，联接边缘处的弯曲正应力， 即边缘应力即边缘应力 (有力矩理论计算有力矩理论计算) 。 3 开孔处由于应力集中，产生开孔处由于应力集中，产生 的的峰值应力峰值应力(弹性力学理论计算弹性力学理论计算)。 本章介绍薄膜应力理论及薄膜应力的计算。本章介绍薄膜应力理论及薄膜应力的计算。p123 2.1 回转壳体薄膜应力理论回转壳体薄膜应力理论 一、基本假设及基本概念一、基本假设及基本概念 1. 基本假设基本假设

23、 (1)小位移假设小位移假设 (2)直法线假设直法线假设 (3)不挤压假设不挤压假设 2. 基本概念基本概念 (1) 一般回转壳体一般回转壳体 中间面曲线中间面曲线AB绕轴线绕轴线O1O2旋转旋转 360得到的几何体。得到的几何体。 (2)母线、经线、法线母线、经线、法线 曲线曲线AB称一般回转壳体的母线称一般回转壳体的母线,曲线曲线AB1称一般回转壳称一般回转壳 体的经线，体的经线，n称一般回转壳体在称一般回转壳体在K点的法线。点的法线。ABO1O2母线母线B1B2经线经线nK法线法线 (3)回转壳体的中间面回转壳体的中间面 距离壳体外壁和内壁等距离距离壳体外壁和内壁等距离 的面称中间面。的

24、面称中间面。 (4)回转壳体的轴对称问题回转壳体的轴对称问题 壳体的几何形状、约束条件、壳体的几何形状、约束条件、 承受的载荷均关于回转轴对称。承受的载荷均关于回转轴对称。 (5)圆锥面、纬线圆锥面、纬线 用圆锥面与回转壳体用圆锥面与回转壳体 正交正交(圆锥面的经线与圆锥面的经线与 回转壳体的经线垂直、回转壳体的经线垂直、 圆锥面的底面与回转壳圆锥面的底面与回转壳 体的轴线垂直体的轴线垂直)的交线。的交线。D iSD S纬线纬线圆锥面圆锥面经线经线回转壳体回转壳体 (6)第一曲率半径第一曲率半径 、第二曲率半径、第二曲率半径 第一曲率半径第一曲率半径 ：以经线以经线AB上任上任 一点一点K为研

25、究对象，由于经线为研究对象，由于经线AB为一为一 平面曲线，则该曲线在平面曲线，则该曲线在K点有一曲率点有一曲率 半径，则曲率半径称曲线在半径，则曲率半径称曲线在K点的点的第第 一曲率半径一曲率半径 。其计算方法如下：。其计算方法如下： 若经线若经线AB的方程为的方程为 ，则，则 第二曲率半径第二曲率半径 ：通过通过K点的法线点的法线 作一与经线作一与经线AB垂直的平面，该平面垂直的平面，该平面322132121(1),(1)yyyy ( )yf xKABK1KnABK21112221 与与回转壳体的中间面相交，交线为曲线，该曲线在回转壳体的中间面相交，交线为曲线，该曲线在K点也点也 有一曲率

26、半径，则曲率半径称有一曲率半径，则曲率半径称K点的点的第二曲率半径第二曲率半径1 。 第二曲率半径的中心落在回转轴上。第二曲率半径的中心落在回转轴上。 二、二、回转壳体的回转壳体的薄膜应力分析薄膜应力分析 回转壳体承受内压作用后，回转壳体承受内压作用后， 在沿经线和纬线方向产生两在沿经线和纬线方向产生两 向拉伸变形，因此壳体上任向拉伸变形，因此壳体上任 一点在经线和纬线方向产生一点在经线和纬线方向产生 两向拉应力。两向拉应力。 （如图所示）（如图所示）mmp 三、区域平衡方程三、区域平衡方程 p 介质压力介质压力(M Pa) 第二曲率半径第二曲率半径(mm) S 壁厚壁厚(mm) 四、微体平衡

27、方程四、微体平衡方程 第一曲率半径第一曲率半径(mm) 五、薄膜应力理论的应用条件五、薄膜应力理论的应用条件 (1)壳体的几何形状必须是对称的、连续的。壳体的几何形状必须是对称的、连续的。22mpS12mpSmm2pmm12 (2)壳体所承受的载荷必须是对称的、连续的壳体所承受的载荷必须是对称的、连续的。 2.2 薄膜应力理论在典型壳体中的应用薄膜应力理论在典型壳体中的应用 一、承受气压作用的圆柱壳一、承受气压作用的圆柱壳 中径为中径为D、壁厚为、壁厚为S、承受内压、承受内压 p作用的圆柱壳。任意作用的圆柱壳。任意 点点A的薄膜应力为：的薄膜应力为： 12/2D 、4mpDS2pDSmmADS

28、 p 由以上两式可知：由以上两式可知： ，因此圆柱壳的危，因此圆柱壳的危险截面是险截面是纵截面纵截面，破坏时沿着，破坏时沿着轴线方向开裂轴线方向开裂。 二、承受气压作用的球壳二、承受气压作用的球壳 中径为中径为D、壁厚为、壁厚为S、承受内压、承受内压 p 作用的球壳。任意作用的球壳。任意一点一点A的薄膜应力为：的薄膜应力为： 由以上两式可知：由以上两式可知： 因此球壳上任意横截面都是危险截面。因此球壳上任意横截面都是危险截面。max22mpDS12/2D4mpDSmax4mpDSASDp 三、承受气压作用的圆锥壳三、承受气压作用的圆锥壳 大端径为大端径为D、壁厚为、壁厚为S、锥角为、锥角为2、

29、承受内压、承受内压 p 作用作用的圆锥壳，任意点的圆锥壳，任意点A的薄膜应力为：的薄膜应力为： 圆锥壳上任意一点的薄膜应力圆锥壳上任意一点的薄膜应力 随着点的位置的变化而变化。随着点的位置的变化而变化。 在锥尖处：在锥尖处： 在锥大端处：在锥大端处： 12/cosmr 、2mmmprprSconScon、0mmax22mpDSconD2r mASp 四、承受气压作用的椭球壳四、承受气压作用的椭球壳 半长轴、半短轴分别为半长轴、半短轴分别为 的的 椭球壳，承受内压椭球壳，承受内压 p 作用时，任意作用时，任意 点点A的薄膜应力为：的薄膜应力为： 由上式可以看出，由上式可以看出， 是随是随 X 而

30、变化的，在极点处而变化的，在极点处 ： 且均为拉应力；且均为拉应力； 在赤道上在赤道上 ： ab、4222()2mpSbax ab442224222()22()pSbaax abax abm、()2mpaaSb22() 22mpapaaSSb、hbaAp 当当 时，最大应力在极点上，时，最大应力在极点上， 当当 时，最大应力在极点和赤道上，但赤道上时，最大应力在极点和赤道上，但赤道上 由原来的拉应力变成压应力由原来的拉应力变成压应力: 当当 时，最大应力在赤道上，且为压应力时，最大应力在赤道上，且为压应力: 五、承受液压作用的圆柱壳五、承受液压作用的圆柱壳 (1)置于地面上的圆柱壳置于地面上的

31、圆柱壳 距离自由液面为距离自由液面为 y 处处A点点的压力为：的压力为： 12ab22abmax()2mpaaSbmax()2mpa aSb2ab2max2( ) 2paaSbHyADAOpygOSD 代入代入 得：得： 但液体的重量通过底板传到地面上，圆柱壳的经线没有但液体的重量通过底板传到地面上，圆柱壳的经线没有 发生变形，所以发生变形，所以 ，因此，因此区域平衡方程不适用于承区域平衡方程不适用于承 受液压作用的圆柱壳受液压作用的圆柱壳。 微体平衡微体平衡 方程适用于承受液压作用的圆柱方程适用于承受液压作用的圆柱 壳，且壳，且 沿沿高度方向呈线性分布。高度方向呈线性分布。22mpS12mp

32、S4OmygDS2OygDSmax2OHgDS0m00m (2) 悬挂的圆柱壳悬挂的圆柱壳 距离自由液面为距离自由液面为 y处处A点的点的 压力为：压力为： 在距离自由液面为在距离自由液面为y处将圆处将圆 柱壳截为两段，取下段为研究柱壳截为两段，取下段为研究 对象，其受力如图所示。对象，其受力如图所示。 研究对象处于平衡状态研究对象处于平衡状态 Y =0 即即: : AOpygmmAOpygWyHD iAOS222()44,4miOiOmiOiDSD ygDHygDSD HgDD 取，则：WpDDSAim24 由此可见由此可见 是一常量且与点的位置无关。是一常量且与点的位置无关。 的计算与的计

33、算与置于地面上的圆柱壳相同。置于地面上的圆柱壳相同。 应用举例应用举例: : 中径为中径为D、壁厚为、壁厚为S、置于地面上的圆柱壳置于地面上的圆柱壳，壳内气体的壳内气体的 压力为压力为p 、液体的密度为、液体的密度为 、液体的高度为、液体的高度为h ，试计，试计 算算点点A 、B两点两点的薄膜应的薄膜应 力力，并画出沿壳体高度方并画出沿壳体高度方 向的应力分布图。向的应力分布图。4OmHgDSOpyABHhm 解解: (1)A点点薄膜应力薄膜应力的计算的计算 A点点 的分别为的分别为: 由由 得得: 由由 得得: (2) B点点薄膜应力薄膜应力的计算的计算 B点的压力为：点的压力为： 由由 得

34、得: 由由 得得:12、12/ 2D=、/2pDS2/2mpS/4mpDSBOppyg12/mp S2/2/4mApSpDS2/2mpS2/()/2/2/2BOOpSpyg DSpDSygDS12/mp S/4mpDSmax()/2Ophg DS/2pDSmax 2.3 边缘应力的概念边缘应力的概念 一、边缘应力的特点边缘应力的特点 (1)局部性局部性 在联接边缘的一定区域在联接边缘的一定区域 内有较大的弯曲正应力，内有较大的弯曲正应力， 随着离联接边缘距离的随着离联接边缘距离的 增大，弯曲正应力逐渐增大，弯曲正应力逐渐 衰减，直至可以忽略。衰减，直至可以忽略。 (2)自限性自限性 (3)周期

35、性周期性 根据有力矩理论可知，在联接边缘产生的附加弯矩根据有力矩理论可知，在联接边缘产生的附加弯矩M 的的 大小是以三角函数的形式表达的，所以具有周期性。大小是以三角函数的形式表达的，所以具有周期性。Zll 0.1DDSp2.5ZRS高应力点高应力点低应力区低应力区 二、二、降低边缘应力的措施降低边缘应力的措施 (1)壳体的经线不得有突变，如有突变须加过渡圆弧壳体的经线不得有突变，如有突变须加过渡圆弧 。 (2)相连接的两零件尽可能采用相同的材料制造相连接的两零件尽可能采用相同的材料制造。 (3)相连接的两零件焊接时相连接的两零件焊接时 尽可能采用等壁厚焊接，尽可能采用等壁厚焊接， 并进行热处理以消除残并进行热处理以消除残 余热应力。余热应力。 (4)在连接边缘处设置加强圈在连接边缘处设置加强圈。