压力容器设计基础

1800 (1900) 2000 (2100) 2200 (2300) 2400 2500 2600 2800 3000 3200 3400 3500 3600 3800 4000 4200 4400 4500 4600 4800 5000 5200 5400 5500 5600 5800 6000
缺点
（1）只能套合短筒，筒节间深环焊缝多。
（2）要求准确的过盈量，对筒节的制造要求高。
16
绕板式
优点：（1）机械化程度高，操作简便，材料利用率高 优点 （2）纵焊缝少。 缺点：（1）绕板薄，不宜制造壁厚很大的容器。 缺点 （2）层间松动问题。
17
槽形绕带式
优点 （1）筒壁应力分布均匀且能承受一部分由内压产生的 轴向力。 缺点 （2）机械化程度高，材料利用率高。 （1）钢带成本高，公差要求严格。
（1） 中压容器； （2） 毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器； （3） 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和 低压储存容器； （4） 低压管壳式余热锅炉； （5） 低压搪玻璃压力容器。
不在第三类、第二类压力容器之内的低压容器为第一类压力容器。
三类容器
二类容器
一类容器
介质毒性分 级 指 标 Ⅰ 极度危害
31
⑵公称压力
工作压力不同，相同公称直径的压力容器其筒体及其零部件
的尺寸也不同，标准零部件尺寸需按压力确定。
将承受的压力范围分为若干个标准压力等级，即公称压力。 表7-3 压力容器法兰与管法兰的公称压力PN 压力容器法 兰（MPa） 管法兰 （MPa） － 0.25 － 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4


日本国家标准（JIS）；
德国压力容器规范（AD）。

超高压容器设计准则： 全壁厚屈服失效和爆破失效准则
23
失效准则及设计理论基础
•压力容器设计理论基础
压力容器的结构部件应力状态的计算 GB150标准的计算方法 整体部件：薄膜无力矩理论；边缘区域总体上不考 虑（不排除个别区域的计及）。 JB4732标准的计算方法 整体部件：弹性力学的分析结果 ；局部区域采用应 力分析，或应力指数法。
6
设计管理与标准、法规的选用
压力容器设计依据
• GB150标准范围内的压力容器： 应依据GB150进行设计，并符合以GB150为基础标 准的相关标准的规定。当设计温度小于以钢材蠕变 控制其许用应力的相应温度时，还可选用JB4732标 准进行设计（单位和个人应具备相应资格）。当设 计的压力容器在《固容规》范围内时还必须符合 《容规》的规定。
s按Biblioteka 四强度理论的强度条件为2 1
2 2
2 3
1 2
2 3
1 3
[ ]
试验结果表明第四强度理论比第三强度理论与试验结果符合得更好。
22
失效准则及设计理论基础
•压力容器设计理论基础
压力容器的设计准则
GB150 常规设计： 弹性失效、第一强度理论；
JB4732 分析设计： 塑性或弹塑性失效、第三强度理论；
•压力容器相关法规体系构成 法律—行政法规—部门规章—安全技术规范—引用标准”五个层次。 第一层次：法律 根据宪法和立法法的规定，全国人民代表大会及其常委会制定法律。 如安全生产法、劳动法和已颁布的《特种设备安全法》。
9
压力容器相关法规及标准体系构成
《中华人民共和国特种设备安全法》由中华人民共和国 第十二届全国人民代表大会常务委员会第3次会议于 2013年6月29日通过，2013年6月29日中华人民共和国主 席令第4号公布。《中华人民共和国特种设备安全法》 分总则，生产、经营、使用，检验、检测，监督管理， 事故应急救援与调查处理，法律责任，附则7章101条， 自2014年1月1日起施行。

压⼒容器设计基础讲义压⼒容器设计基础讲义第⼀部分、压⼒容器设计基础知识第⼀章压⼒容器失效模式压⼒容器在载荷作⽤下丧失了正常的⼯作能⼒称为失效。

压⼒容器所考虑的失效模式主要为断裂、泄漏、过度变形和失稳。

压⼒容器失效常以三种形式表现出来：强度、刚度、稳定性。

压⼒容器建造标准中主要考虑的失效模式：1）短期失效模式：（1）脆性断裂（2）韧性断裂（3）超量变形引起的接头泄漏（4）超量局部应变引起的裂纹形成或韧性剪切（5）弹性、塑性或弹塑性失稳2）长期失效模式：（1）蠕变断裂（2）蠕变超量变形（3）蠕变失稳（4）冲蚀、腐蚀（5）环境助长开裂，如：应⼒腐蚀开裂3）循环失效（1）扩展性塑性变形（2）交替塑性（3）弹性应变疲劳或弹-塑性应变疲劳（4）环境助长疲劳，如：腐蚀疲劳第⼆章 GB150适⽤范围（1）适⽤的设计压⼒①对于钢制容器不⼤于35MPa；②其它⾦属材料制容器的设计压⼒适⽤范围按相应引⽤标准确定。

（2）适⽤的设计温度范围①设计温度范围：－269℃～900℃。

②钢制容器不得超过按GB 150.2 中列⼊材料的允许使⽤温度范围。

③其他⾦属材料制容器按本部分相应引⽤标准中列⼊的材料允许使⽤温度确定。

（3）下列各类容器不在标准的适⽤范围内：①设计压⼒低于0.1MPa且真空度低于0.02MPa的容器；②《移动式压⼒容器安全监察规程》管辖的容器；③旋转或往复运动机械设备中⾃成整体或作为部件的受压器室（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）；④核能装置中存在中⼦辐射损伤失效风险的容器；⑤直接⽕焰加热的容器；⑥内直径（对⾮圆形截⾯，指截⾯内边界的最⼤⼏何尺⼨，如：矩形为对⾓线，椭圆为长轴）⼩于150mm的容器；⑦搪玻璃容器和制冷空调⾏业中另有国家标准或⾏业标准的容器。

（4）对不能按 GB 150.3确定结构尺⼨的容器或受压元件，允许采⽤以下⽅法进⾏设计:①按照附录C的规定，进⾏验证性实验分析（如实验应⼒分析、验证性液压试验）。

容器受压元件为满足强度及稳定性要求，按相应公式计算得到的不包 括厚度附加量的厚度。 厚度附加量 C=C1+C2 设计容器受压元件时所必须考虑的附加厚度，包括钢板（或钢管）厚
4
度附加量的厚度。 设计厚度δd 计算厚度与腐蚀裕量之和 名义厚度（即图样厚度）δn 设计厚度加上钢材厚度负偏差后，向上圆整至钢材（钢板或钢管）标 准规格的厚度。 有效厚度δe 名义厚度减去厚度附加量（腐蚀裕量与钢材厚度负偏差之和）。 二.材料 (一)选材的基本原则 选择压力容器用材，须根据容器的使用条件（如温度、压力、介质腐蚀 性、介质对材料的脆化作用及其是否易燃、易爆、有毒等）、制造工艺、 材料的焊接性能及经济合理性选择具有适宜的机械性能、耐腐蚀性能、物 理性能等的材料。 注意在同一工程中应尽量注意用材统一,具体的选材过程 中必须仔细考虑如下因素： （二）材料的基本性能 1． 机械性能 金属的机械性能是指金属材料在外力作用下表现出来的特性，如强 度、弹性、硬度、韧性及塑性等。也可称为“力学性能”。金属材料就是 用其在为同受力条件下所表现出来的不同特性指标，来衡量金属材料的机 械性能。 （1） 机械强度 强度是材料抵抗外力作用不致破坏的性能特性。 常用
7
料脆性转变和断裂特性的重要指标，所以对压力容器用钢来说，尤其是低 温压力容器冲击功是一项重要的性能指标。 （5）温度对材料机械性能的影响 材料的屈服极限、强度极限和弹性模量随温度的升高而降低。如果设备 的操作温度较高，则必须选用在相应温度下能保持其强度指标的材料。
如果材料在高温下承受高的应力，则材料的抗蠕变性能是关键性的。 材料蠕变极限指在某一温度下受恒定载荷作用时， 在规定的持续时间内(10 万小时)产生 1%的变形时的应力;持久极限是材料在某一温度下受恒定载荷 作用时，在规定的持续时间内(10 万小时)引起断裂时的应力．在实际试验 中，常常用较短时间的试验结果来外推长时间的性能，但一般限制外推时 间不得大于试验时间的 10 倍。持久强度是高温元件设计选材的重要依据， 是 GB150 中确定许用应力的强度指标之一．

压力容器的强度和设计（江苏省压力容器检验员培训考核班专题讲座）董金善南京工业大学过程装备研究所第一节概述一、容器的结构在工厂中可以看到许多设备。

在这些设备中，有的用来储存物料，如各种储罐、计量罐；有的进行热量交换，如各种换热器、蒸发器、冷凝器、结晶器等；有的用来进行化学反应，如反应釜、聚合釜、发酵罐、合成塔等。

这些设备虽然尺寸大小不一，形状结构不同，内部构件的型式更是多种多样，但是它们都有一个外壳，这个外壳就叫作容器。

容器一般是由筒体（圆筒）、封头（端盖）、法兰、支座、接管、人孔（手孔）、视镜、安全附件等组成（图1）。

它们统称为压力容器通用零部件，常、低压压力容器通用零部件大都已有标准，设计时可直接选用。

图-1 容器的结构二、压力容器常用标准1.国务院《特种设备安全监察条例》(2003)2.国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》 (1999)3.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可工作程序》 (2003)4.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可实施办法》 (2003)5.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可分级实施范围》(2003)6.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造监督管理办法》(2003)7.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造许可工作程序》(2003)8.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造许可条件》 (2003)9.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器产品安全性能监督检验规则》 (2003)10.国家质量监督检验检疫总局《压力容器压力管道设计单位资格许可和管理规则》 (2002)11.G B150－1998《钢制压力容器》12.G B151－1999《管壳式换热器》13.J B/T4735－1997《钢制焊接常压容器》14.J B4710－1992《钢制塔式容器》15.J B4731－XXXX《钢制卧式容器》16.H G/T20569-1994《机械搅拌设备》17.G B12337－1998《钢制球形储罐》18.G B16749－1997《压力容器波形膨胀节》19.J B4732－1994《钢制压力容器－分析设计标准》20.H G20580－1998《钢制化工容器设计基础规定》21.H G20581－1998《钢制化工容器材料选用规定》22.H G20582－1998《钢制化工容器强度计算规定》23.H G20583－1998《钢制化工容器结构设计规定》24.H G20584－1998《钢制化工容器制造技术要求》25.H G20585－1998《钢制低温压力容器技术规定》26.H G20531－1993《铸钢、铸铁容器》27.J B/T4734－2002《铝制焊接容器》28.J B/T4745－2002《钛制焊接容器》29.G B/T15386－1994《空冷式换热器》30.G B16409－1996《板式换热器》31.H G/T2650－1995《钢制管式换热器》32.G B5842－1996《液化石油气钢瓶》33.J B/T4750－2003《制冷装置用压力容器》34.J B/T6539-1992《微型空气压缩机用钢制压力容器》35.J B8701－1998《制冷用板式换热器》36.J B/T4751－2003《螺旋板式换热器》37.G B18442－2001《低温绝热压力容器》38.G B12130－1995《医用高压氧舱》39.G B9019-1988《压力容器公称直径》40.J B/T4700～4707－2000《压力容器法兰》41.H G20592～20635－2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》42.G B/T9112～9124－2000《钢制管法兰》43.J B/T74～90－1994《管路法兰及垫片》44.J B/T4746－2002《钢制压力容器用封头》45.J B/T4736－2002《补强圈》46.H GJ527－1990《补强管》47.J B/T4712－1992《鞍式支座》48.J B/T4713－2007《腿式支座》49.J B/T4724－1992《支承式支座》50.J B/T4725－1992《耳式支座》51.G B16749－1997《波形膨胀节》52.H G501～502－1986《压力容器视镜》53.H G21588～21591－1995《玻璃板液面计》54.H G21592－95《玻璃管液面计》55.H G/T21584－95《磁性液面计》56.H G21514～21527－1995《碳钢、低合金钢人孔》57.H G21528～21535－1995《碳钢、低合金钢人孔》58.H GJ504～509－1986《不锈钢人孔》59.H GJ510～513－1986《不锈钢手孔》60.H G21537－1992《填料箱》61.H G21571～21572－1995《机械密封》62.H G21563～21569－1995《搅拌传动装置》63.H G5－220～222－1965《搅拌器》64.H G/T21574－1994《设备吊耳》65.G B41－1986《I型六角螺母－C级》66.G B6170－1986《I型六角螺母－A和B级》67.G B5780－1986《六角头螺栓－C级》68.G B5782－1986《六角头螺栓－A和B级》69.J B/T4714－1992《浮头式换热器和冷凝器型式和基本参数》70.J B/T4715－1992《固定管板式换热器型式和基本参数》71.J B/T4716－1992《立式热虹吸式重沸器型式和基本参数》72.J B/T4717－1992《U型管式换热器型式和基本参数》73.H G21503－1992《钢制固定式薄管板列管换热器》74.G B567－1989《拱形金属爆破片形式和参数》75.G B/T14566－93《正形金属爆破片形式和参数》76.G B/T14567-93《反形金属爆破片形式和参数》77.G B/T14568－93《开缝形金属爆破片形式和参数》78.H G/T20668－2000《化工设备设计文件编制规定》79.T CED41002-2000《化工设备图样技术要求》80.G B6654－1996《压力容器用钢板》81.G B713－1986《锅炉用碳素钢和低合金钢板》82.G B3531－1996《低温压力容器用低合金钢钢板》83.G B4237－1992《不锈钢热轧钢板》84.G B8165－1987《不锈钢复合钢板》85.G B8163－1999《输送流体用无缝钢管》86.G B9948－1988《石油裂化用无缝钢管》87.G B6479－1986《化肥设备用高压无缝钢管》88.G B5310－1995《高压锅炉用无缝钢管》89.G B/T14976－94《流体输送不锈钢无缝钢管》90.G B13296－91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》91.J B4726－2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》92.J B4727－2000《低温压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》93.J B4728－2000《压力容器不锈钢锻件》94.G B/T983－1995《不锈钢焊条》95.G B/T5117－1995《碳钢焊条》96.G B/T5118－1995《低合金钢焊条》97.G B5293－1985《碳素钢埋弧焊用焊剂》98.G B12470－1990《低合金钢埋弧焊用焊剂》99.G B/T14957－1994《熔化焊用钢丝》100.GB/T14958－1994《气体保护焊用钢丝》101.GB/T8110－1995《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》102.JB/T2835－1979《低温钢焊条》103.JB4708－2000《钢制压力容器焊接工艺评定》104.JB/T4709－2000《钢制压力容器焊接规程》105.JB4730-1994《压力容器无损检测》106.JB/T4711－2003《压力容器涂敷和运输包装》107.JB/T613－1993《锅炉受压元件焊接技术条件》108.HG20660－2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》109.GB/T18182－2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》三、压力容器许可证级别制造锅炉范围发证部门A 不限质检总局B 额定蒸汽压力≤2.5MPa的蒸汽锅炉；有机热载体炉。

钢的最低使用温度为-253℃（对应液氢设计温度），S31008最高使用温度为 800℃，部分奥氏体不锈钢最高使用温度为700℃。
1、总论-GB150适用范围
适用的压力范围：
钢制容器适用于设计压力不大于35MPa，不低于0.1MPa及真空度 高于0.02MPa 。特殊材质容器的设计压力按相应标准。
真空容器 常压容器
1、总论-设计参数
对于设计图纸中注明最高允许工作压力的压力容器，允许超压泄放装置的整定 压力高于设计压力，但不高于该压力容器的最高允许工作压力。
容器最大允许工作压力一般大于设计压力，当设计文件未注明最大允许工作压 力时，则设计压力视为其最大允许工作压力，计算采用的厚度应为有效厚度减 去除压力外的其它载荷（如风弯矩、地震载荷）等，以及开孔补强所需厚度的 厚度的计算值，并应减去液注静压力。最大允许工作压力计算麻烦，需要进行 全面强度校核（法兰、补强、外压、局部不连续等）
3）其他金属材料制容器按相应规范所列材料的的允许使用温度范围。
第1条款说明了本标准涵盖的所有容器设计温度范围为-269℃∽900℃ ，其 下限值269℃对应于铝的极限使用（设计）温度，上限值900℃对应于镍合 金的极限使用（设计）温度。
第2条GB/T150.2所列钢材使用温度范围不含有色金属。其中奥氏体不锈
2）设计压力必须与相应的设计温度作为设计条件，且还应考虑容器在运行中可 能出现的各种工况，并以最苛刻的工作压力与相应的温度的组合工况，确定设 计压力。
3）盛装液化石油气和液化气的容器的设计压力， 1）无安全装置时，设计压力应不低于安全阀开启压力的1.05倍工作压力， 2）装有安全装置时设计压力应不低于安全阀的开启压力（开启压力取工作
压力容器设计基 础知识培训
技术中心 郝世荣

3
设计基础
——概论
在压力容器建造的初期，产品建造的目的为满足本国相应工业的 需求，压力容器的生产技术也是以本国的基本生产条件为基础。
生产技术的总结和统一安全质量的要求，使得国家依据自己的生 产技术和管理要求制订出了适合于本国国情的相应安全法规和技 术标准体系。
安全法规和技术标准水平的先进性如何，应体现在安全法规和技 术标准是否能有效地保证压力容器产品的安全性和经济合理性， 是否体现了代表时代的技术手段的应用，是否能推动行业的技术 进步。
4
设计基础
——概论
随着全球经济一体化的逐步发展，承压设备法规和标准的国际化趋势已 经越来越明显。
欧洲议会于1997年5月正式批准了统一的压力设备指令（Pressure Equipment Directive）, 于2002年5月在欧盟内强制执行。
欧洲标准化委员会（CEN）现正在采取积极行动，试图将现有的欧洲标 准上升为国际标准。
-
0.50
无塞焊的单面满角搭接焊（L—3）
-
-
0.45
注: 1)有关系数所允许的应用场合和具体接头型式, 请参见文献[1]、[2]。
Байду номын сангаас
2）美国为射线检测程度。
23
一、压力容器技术进展 结构设计
现代的压力容器结构设计正在逐 步摆脱传统观念的束缚，体现真 正满足工艺要求的设计理念，追 求实效性、安全性和经济性的和 谐统一。
28
一、压力容器技术进展
安全系数的降低
降低安全系数的前提条件是：
l 结构分析设计水平的提高； l 制造经验的积累和制造技术水平的提高； l 更严格的材料技术要求； l 更科学的质量保证体系。

压力容器的强度与设计（江苏省压力容器检验员培训考核班专题讲座）第三节强度理论一、压力容器的失效压力容器在设定的操作条件下，因尺寸、形状或材料性能发生改变而完全失去或不能达到原设计要求（包括功能和寿命等）的现象，称为压力容器失效。

尽管失效的原因多种多样，失效的最终表现形式均为泄漏、过度变形和断裂。

压力容器的失效形式大致可分为强度失效、刚度失效、稳定失效和泄漏失效等四大类。

1.强度失效因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称为强度失效。

包括韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、腐蚀断裂等。

韧性断裂：是压力容器在载荷作用下，产生的应力达到或接近所用材料的强度极限而发生的断裂。

其特征是断后有肉眼可见的宏观变形，断口处厚度显著减薄；没有或偶尔有碎片。

厚度过薄和内压过高是引起压力容器韧性断裂的主要原因。

脆性断裂：是指变形量很小、且在壳壁中的应力值远低于所用材料的强度极限时所发生的断裂。

这种断裂是在较低应里状态下发生，故又称为低应力脆断。

其特征是断裂时容器没有鼓胀，即无明显的塑性变形；其断口齐平，并与最大应力方向垂直；断裂的速度极快，常使容器断裂成碎片。

材料脆性和缺陷两种原因都会引起压力容器发生脆性断裂。

疲劳断裂：压力容器在服役中，在交变载荷作用下，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生断裂失效的过程，称为疲劳断裂。

交变载荷是指大小和（或）方向都随时间周期性（或无规则）变化的载荷，它包括压力波动、热应力变化、开车停车等；原材料或制造过程中产生的裂纹，在交变载荷的反复作用下扩展也会导致压力容器的疲劳破坏。

由于疲劳源于局部应力较高的部位，如接管根部，往往在压力容器工作时发生，因而破坏时容器总体应力水平较低，没有明显的变形，是突发性破坏，危险性很大。

随着交变载荷反复作用次数的增加，疲劳裂纹不断扩展。

只有当疲劳裂纹扩展到一定值时，才回发生疲劳破坏。

因此，疲劳破坏需要有一定时间。

蠕变断裂：压力容器在高温下长期受载，随时间的增加材料不断发生蠕变变形，造成厚度明显减薄与鼓胀变形，最终导致压力容器断裂的现象，称为蠕变断裂。

设计单位应在设计图样上注明压力容器设计使用寿命。 注意：压力容器的设计寿命不一定等于实际使用寿命，它仅仅是设计者预期 的使用条件而给出的估计值，需要考虑设备建造费用、更换周期以及材料、 结构、防腐、限制蠕变或疲劳等因素，结合经验给出。
第21页/共58页
1、总论—压力容器设计寿命主要考虑因素
压力容器设计寿命主要考虑因素：
需要时，还需考虑 GB150.1中4.3.2其他
载荷
δc 计算厚度，由计算公式得到，保证容器强度，刚度和稳定的厚 度
δd 设计厚度，δd =δc +C2（腐蚀裕量）保证规定使用寿命所需厚
度
δn 名义厚度，δn =δd +C1（钢材负偏差）+△（圆整量） δe 有效厚度，δe=δn-C1-C2=δc+△ （决定元件的承载能力） δmin 设计要求的成形后最小厚度，δmin≥δn-C1 （GB150 4.3.7壳体加工成形后最小厚度是为了满足安装、运输 中 刚 度 而 定 ； 而 δmin是 保 证 正 常 工 况 下 强 度 、 刚 度 、 寿 命 要 求 而
锈钢的最低使用温度为-253℃（对应液氢设计温度），S31008最高使用温度 为800℃，部分奥氏体不锈钢最高使用温度为700℃。
第3页/共58页
1、总论-GB150适用范围
适用的压力范围：
钢制容器适用于设计压力不大于35MPa，不低于0.1MPa 及真空度高于0.02MPa 。特殊材质容器的设计压力按相应 标准。
对“成型后的最小厚 度” 。
一般图样上封头应标注名义厚度（最小成形厚度），标注最小成形厚度可 避免制造厂为保证“名义厚度减负偏差”选购材料厚度二次圆整导致材料浪费 。
成形封头实测的最小厚度不得小于封头名义厚度减去钢板厚度负偏差C1,但 当设计图样标注了封头成形后的最小厚度，实测最小厚度不小于图样标注的最 小成形厚度。

Ka: 腐蚀速率，见相关手册 B：设计寿命，不低于15年。
腐蚀裕量的选取原则：
1） 根据腐蚀程度不同，可选取不同的腐蚀裕量。
2）介质为压缩空气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢容 器，腐蚀裕量不小于1mm。
3）对于不锈钢容器，当介质腐蚀性极微时，腐蚀裕量=0
4）难以确定时，按表1-11选取。
6、压力容器的公称压力、公称直径： 便于设计和成批生产 压力容器零部件标准化的基本参数是公称压
强度计算：
内容包括选择容器的材料，确定主要尺寸，满 足强度、刚度和稳定性的要求，以确保容器安全可 靠地运行。
（二）设计方法
常规设计：又称规则设计，依据“GB150《钢制压 力容器》”国家标准进行设计。该标准采用弹性失效准 则，对壳体应力不作详细分析，只计算总体应力，并 限制壳体的基本（薄膜）应力不超过材料的许用应力 值。而由于总体结构不连续引起的附加应力，以应力 增强系数引入壁厚计算，或在结构上加以限制，或在 材料选择、制造工艺等给以不同要求的控制。
（1）厚度的计算：
由强度计算公式，引入内径、焊接接头
系数ψ，得到
厚度计算公式：
2[
p c
Di
]t p
c
在实际应用中还应同时考虑影响强度的因素， 如材料质量、制造因素、大气及介质的腐蚀等。 考虑腐蚀裕量，修正后得设计厚度：
d
p c
Di
2[ ]t
p
C2
c
考虑制造误差，经圆整到标准厚度，得 名义厚度：
n
d
C1
p c
Di
2[ ]t
p
C1 C2
c
（2）最小壁厚的确定：
按照GB150—1998《钢制压力容器》规定，对 碳素钢、低合金钢制容器，不得小于3mm，高合金 钢不得小于2mm

压力容器地强度与设计<江苏省压力容器检验员培训考核班专题讲座）董金善南京工业大学过程装备研究所第一节概述一、容器地结构在工厂中可以看到许多设备.在这些设备中,有地用来储存物料,如各种储罐、计量罐；有地进行热量交换,如各种换热器、蒸发器、冷凝器、结晶器等；有地用来进行化学反应,如反应釜、聚合釜、发酵罐、合成塔等.这些设备虽然尺寸大小不一,形状结构不同,内部构件地型式更是多种多样,但是它们都有一个外壳,这个外壳就叫作容器.容器一般是由筒体<圆筒）、封头<端盖）、法兰、支座、接管、人孔<手孔）、视镜、安全附件等组成<图1）.它们统称为压力容器通用零部件,常、低压压力容器通用零部件大都已有标准,设计时可直接选用.图-1 容器地结构二、压力容器常用标准1.国务院《特种设备安全监察条例》(2003>2.国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》 (1999>3.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可工作程序》 (2003>4.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可实施办法》 (2003>5.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可分级实施范围》(2003>6.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造监督管理办法》(2003>7.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造许可工作程序》(2003>8.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造许可条件》 (2003>9.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器产品安全性能监督检验规则》 (2003>10.国家质量监督检验检疫总局《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》 (2002>11.G B150－1998《钢制压力容器》12.G B151－1999《管壳式换热器》13.J B/T4735－1997《钢制焊接常压容器》14.J B4710－1992《钢制塔式容器》15.J B4731－XXXX《钢制卧式容器》16.H G/T20569-1994《机械搅拌设备》17.G B12337－1998《钢制球形储罐》18.G B16749－1997《压力容器波形膨胀节》19.J B4732－1994《钢制压力容器－分析设计标准》20.H G20580－1998《钢制化工容器设计基础规定》21.H G20581－1998《钢制化工容器材料选用规定》22.H G20582－1998《钢制化工容器强度计算规定》23.H G20583－1998《钢制化工容器结构设计规定》24.H G20584－1998《钢制化工容器制造技术要求》25.H G20585－1998《钢制低温压力容器技术规定》26.H G20531－1993《铸钢、铸铁容器》27.J B/T4734－2002《铝制焊接容器》28.J B/T4745－2002《钛制焊接容器》29.G B/T15386－1994《空冷式换热器》30.G B16409－1996《板式换热器》31.H G/T2650－1995《钢制管式换热器》32.G B5842－1996《液化石油气钢瓶》33.J B/T4750－2003《制冷装置用压力容器》34.J B/T6539-1992《微型空气压缩机用钢制压力容器》35.J B8701－1998《制冷用板式换热器》36.J B/T4751－2003《螺旋板式换热器》37.G B18442－2001《低温绝热压力容器》38.G B12130－1995《医用高压氧舱》39.G B9019-1988《压力容器公称直径》40.J B/T4700～4707－2000《压力容器法兰》41.H G20592～20635－2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》42.G B/T9112～9124－2000《钢制管法兰》43.J B/T74～90－1994《管路法兰及垫片》44.J B/T4746－2002《钢制压力容器用封头》45.J B/T4736－2002《补强圈》46.H GJ527－1990《补强管》47.J B/T4712－1992《鞍式支座》48.J B/T4713－2007《腿式支座》49.J B/T4724－1992《支承式支座》50.J B/T4725－1992《耳式支座》51.G B16749－1997《波形膨胀节》52.H G501～502－1986《压力容器视镜》53.H G21588～21591－1995《玻璃板液面计》54.H G21592－95《玻璃管液面计》55.H G/T21584－95《磁性液面计》56.H G21514～21527－1995《碳钢、低合金钢人孔》57.H G21528～21535－1995《碳钢、低合金钢人孔》58.H GJ504～509－1986《不锈钢人孔》59.H GJ510～513－1986《不锈钢手孔》60.H G21537－1992《填料箱》61.H G21571～21572－1995《机械密封》62.H G21563～21569－1995《搅拌传动装置》63.H G5－220～222－1965《搅拌器》64.H G/T21574－1994《设备吊耳》65.G B41－1986《I型六角螺母－C级》66.G B6170－1986《I型六角螺母－A和B级》67.G B5780－1986《六角头螺栓－C级》68.G B5782－1986《六角头螺栓－A和B级》69.J B/T4714－1992《浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数》70.J B/T4715－1992《固定管板式换热器型式与基本参数》71.J B/T4716－1992《立式热虹吸式重沸器型式与基本参数》72.J B/T4717－1992《U型管式换热器型式与基本参数》73.H G21503－1992《钢制固定式薄管板列管换热器》74.G B567－1989《拱形金属爆破片形式与参数》75.G B/T14566－93《正形金属爆破片形式与参数》76.G B/T14567-93《反形金属爆破片形式与参数》77.G B/T14568－93《开缝形金属爆破片形式与参数》78.H G/T20668－2000《化工设备设计文件编制规定》79.T CED41002-2000《化工设备图样技术要求》80.G B6654－1996《压力容器用钢板》81.G B713－1986《锅炉用碳素钢和低合金钢板》82.G B3531－1996《低温压力容器用低合金钢钢板》83.G B4237－1992《不锈钢热轧钢板》84.G B8165－1987《不锈钢复合钢板》85.G B8163－1999《输送流体用无缝钢管》86.G B9948－1988《石油裂化用无缝钢管》87.G B6479－1986《化肥设备用高压无缝钢管》88.G B5310－1995《高压锅炉用无缝钢管》89.G B/T14976－94《流体输送不锈钢无缝钢管》90.G B13296－91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》91.J B4726－2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》92.J B4727－2000《低温压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》93.J B4728－2000《压力容器不锈钢锻件》94.G B/T983－1995《不锈钢焊条》95.G B/T5117－1995《碳钢焊条》96.G B/T5118－1995《低合金钢焊条》97.G B5293－1985《碳素钢埋弧焊用焊剂》98.G B12470－1990《低合金钢埋弧焊用焊剂》99.G B/T14957－1994《熔化焊用钢丝》100.GB/T14958－1994《气体保护焊用钢丝》101.GB/T8110－1995《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》102.JB/T2835－1979《低温钢焊条》103.JB4708－2000《钢制压力容器焊接工艺评定》104.JB/T4709－2000《钢制压力容器焊接规程》105.JB4730-1994《压力容器无损检测》106.JB/T4711－2003《压力容器涂敷与运输包装》107.JB/T613－1993《锅炉受压元件焊接技术条件》108.HG20660－2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》109.GB/T18182－2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》三、压力容器许可证3. 压力容器设计许可证注：① 锅炉设计图纸由省级交由被核准地检验检测机构鉴定；② 气瓶<B 类）、氧舱设计图纸由总局核准地检验检测机构鉴定；③ 客运索道、大型友游乐设施设计图纸由总局核准地检验检测机构鉴定.第二节 压力容器应力分析一、无力矩理论1 无力矩理论锅炉压力容器地主要承压结构是壳体,而壳体是两个近距同形曲面围成地结构.两曲面地垂直距离叫壳体地厚度,平分壳体厚度地曲面叫壳体地中间面.壳体地几何形状可由中间面形状及壳体厚度确定.中间面为回转曲面地壳体叫回转壳体.圆筒壳、圆锥壳、球壳、椭球壳等都是回转壳体.当回转壳体地外径与内径之比≤1.2时,称为薄壁回转壳体,简称回转薄壳；当＞1.2时,称为厚壁回转壳体.当然,这种区分是相对地,薄壳与厚壳并没有严格地界限.压力容器中地回转壳体,其几何形状及压力载荷均是轴对称地,相应压力载荷下地应力应变也是轴对称分布地.对于回转薄壳,认为其承压后地变形与气球充气时地情况相似,其内力与应力是张力,沿壳体厚度均匀分布,呈二向应力状态,壳壁中没有弯矩及弯曲应力.这种分析与处理回转薄壳地理论叫无力矩理论或薄膜理论.无力矩理论是一种近似分析及简化计算理论,在锅炉及一般压力容器应力分析和强度计算中得到广泛应用,具有足够地精确度.严格来说,任何回转壳体都具有一定壁厚,承压后其应力沿壁厚并不均匀分布,壳体中因曲率变化也有一定地弯矩及弯曲应力,当壳体较厚且需精确分析时,应采用厚壁理论及有矩理论处理.2 薄膜方程按无矩理论对回转薄壳进行应力分析时,因为应力沿壁厚均布,常将壳体应力简化到中间面上分析.如图2—1所示,壳体中间面由平面曲线AB绕同一平面内回转轴OA旋转一周而成.通过回转轴地平间面与回转面地交线叫经线；作圆锥面与壳体中间面正交,所得交线叫纬线.经线方向存在经向应力,以表示；纬线方向存在环向应力或周向应力,以表示.经向应力可用下述正交截面法求得.如图2－2所示,用一与回转壳体表面正交<垂直）地圆锥面将壳体分成两部分,考虑其中一部分在Y方向地受力平衡,则有：式中：——内压力；——垂直于壳体轴线地圆截面地平均半径；——经向应力；——壳体在被圆锥面截开部分地厚度；——圆锥面地半顶角.从而有：<2－1）区域平衡方程式<2-1）中地是圆锥母线地长度,即回转壳体曲面在纬线上地主曲率半径,或纬线曲率半径<第二曲率半径）.回转壳体中地环向应力,作用在壳体地径向截面内.但在径向截面地不同纬线上,环向应力并不相同,因而无法用径向截面法求解环向应力,而只能用微元法,通过分析微元体地受力平衡求解.如图2-3所示,用两个相近地径向平面及两个相近地与经线正交地圆锥面在回转壳体上截取微元体.设：为微元体上地经向应力,作用在上下两个周<纬）向圆锥截面上；为微元体上地环向应力,作用在相邻两个经向截面上；为壳体厚度；为微元体沿经线地长度；为微元体沿环向地长度；为微元体纬线曲率半径；为微元体经线曲率半径；为两经向截面地夹角；为两圆锥截面地夹角.考虑微元体曲面法线方向地受力平衡,可有：因及都很小,所以有：即整理得：<微体平衡方程） <2-2）式<2—l）和式<2—2）是求解薄壁回转壳体在内压作用下应力地基本公式．简称薄膜方程.二、回转薄壳地薄膜应力锅炉和压力容器回转薄壳地应力,都可用薄膜方程求解.由薄膜方程求得地应力叫薄壳地薄膜应力.<一）圆筒壳圆筒壳地中间面是一条直线围绕与之相平行地另一条直线旋转一周形成地.对圆筒壳来说,其纬线曲率半径<圆筒平均半径）；经线是直线,其曲率半径为无穷大.由式<2—2）可得：<2-3）由式<2—l）可得：<2-4）比较式<2－3）和式<2－4）可知,在薄壁圆筒壳体中,其环向应力与经向应力<轴向应力）和内压、圆筒半径成正比,和壁厚成反比；且环向应力在数值上是经向应力地两倍.<二）圆锥壳与圆荷壳相似,其经线是直线,曲率半径为无穷大,纬线是经线截锥地母线,纬线曲率半径是截锥母线长度,随圆锥经线到旋转轴地距离而变化<见图2-4）,即,,为圆锥壳地半顶角,因而有：<2-5）<2-6）不难看出,圆锥壳上不同点地应力是不同地,从锥顶到锥底,应力随地增大而增大.锥底地环向应力是圆锥壳上地最大应力；在圆锥壳确定地一点,其环向应力是经向力地2倍；圆锥壳地半顶角对其应力有显著影响,半顶角越应圆锥形壳体地应力大,圆锥壳体中地应力越大.<三）球壳除球形容器外,某些锅炉锅筒及压力容器地封头是由半个球壳构成地,半球壳与完整地铁壳在内庄作用下地应力状态基本是相同地.对球壳来说,其曲面各个方向地曲率半径都是相同地,即为球壳地平均半径R.因而有：<2-7）即<2-8）由式<2—8）可看出球壳内地经向应力与环向应力是相等地,如果球壳与圆筒壳直径及壁厚相同,且承受同样地内压,则球壳中地经向应力和环向应力都等于圆筒壳中地经向应力.<四）椭球壳椭球壳是锅炉压力容器中使用得最为普遍地封头结构形式.椭球壳地中间面是由椭圆围绕其短轴旋转一周而成地曲面,即椭球壳曲面地母线是椭圆.设该椭圆地长轴为,短轴为,并取如图2-5所示地坐标,则椭圆方程为：要利用薄膜方程确定椭球壳内地应力,关键是正确地确定经线曲率半径和纬线曲率半径.椭球壳地经线是椭圆,经线曲率半径即椭圆地曲率半径；椭球壳地纬线是垂直于壁厚地圆锥面与椭球壳中性面地交线,纬线地曲率半径则是圆锥面地母线.由高等数学可知,如果曲线地方程为,则曲线上某点地曲率半径为：由椭圆方程得：从而得出椭圆上某点地曲率半径为：即椭球壳经线上某点地曲率半径为：由图2-5可知,椭球壳纬线上某点地曲率半径<圆锥面地母线）,可由下式求得：式中,为圆锥面地半顶角,它在数值上等于椭圆在同一点地切线与轴地夹角.因而有：所以将,之值代入薄膜方程,即可求得椭球壳上任一点地应力：(2-9>(2-10>及地分布如下：在椭圆壳顶点,：有,则：在椭球壳赤道部位,有,则：地分布情况如图2-6所示.而当时,即在椭球壳地极点上,其环向应力与经向应力相等；其大小取决于椭球长短轴地比值.椭球长短轴地比值越大,极点处地应力数值也越大.当时,,此时地大小和正负取决于椭球长短轴地比值：如果,即,为正值；如果,即,为零；如果,即,为负值<压缩应力）；环向应力地分布如图2-7所示.锅炉压力容器上所用地椭圆封头一般是标准椭球封头,即地椭球封头.对于标准椭球封头:顶点部位：<2-11）赤道部位：<2-12）<2-13）其应力分布如图 2－8所示.用标准椭球封头与半径等于其长半轴地圆筒壳比较,如果二者有相同地壁厚并承受同样内压,则封头赤道上地环向应力与圆筒壳上地环向应力大小相等,方向相反；封头赤道上地经向应力与圆筒壳上地经向应力大小相等,方向相同；封头极点处应力<环向及经向）地大小及方向都与圆筒壳上地环向应力相同.因而标准椭球封头可以与同厚度地圆简壳衔接匹配,所得到地容器受力比较均匀.三、圆平板地应力1 圆平板在内压作用下地弯曲由材料力学可知,当梁承受横向载荷产生弯曲变形时,梁中某截面上地内力、应力、应变及挠度之间存在着下列关系：平板在内压作用下地内力及变形情况,与梁承受横向均布载荷时地内力及变形情况在本质上是相同地,两者都产生弯曲变形,内力是弯矩及剪力.但梁地横向尺寸比梁地长度小得多,故受横向载荷后只是沿长度在载荷作用方向发生弯曲变形；平板则具有一定地长度和宽度,长宽都比其厚度大得多.在横向载荷作用下,在平板地长度方向、宽度方向及平板平面内地其他各个方向,都产生弯曲变形,即产生面地弯曲.面地弯曲可以用两个互相垂直方向地弯曲来描述,常简称为双向弯曲.平板产生双向弯曲时,弯曲应力沿板厚地分布仍然是线性地,即只随离中性轴地距离发生变化,公式仍然成立.但此处弯矩及惯性矩与梁地情况不同.锅炉压力容器地平封头、平端盖、人孔盖、手孔盖都是承受内压地平板,而且大多数是圆平板.因为承受均匀分布地内压,国平板地内力及变形都对称于过平板中心而垂直于平板面地轴,如图2-9所示.以柱坐标系分析圆平板地双向弯曲,设微元体上环向弯矩为,径向弯矩为,径向剪力为.则可通过弯曲后地挠度求解弯曲内力和应力.2 挠度微分方程及其求解弹性力学关于小挠度薄板地分析表明,圆平板某点在内压作用下地弯矩,取决于圆平板在该点地挠度：式中：——圆平板中某点承受内压后地挠度.——该点离圆平板中心地径向距离；——材料地泊松比；——圆平板板条地抗弯刚度,N·mm,,这里是材料弹性模量,是圆平板厚度.而圆平板地挠度取决于压力载荷与自身抗弯刚度：即上式为圆平板承受均布横向载荷时地挠度微分方程式,其解为：对无孔圆平板,在板中心处挠度最大.但此处,相应于地是无意义,所以,从而有：<2-14）式<3-14）中地及,可根据圆平板周界地支承条件决定.3 周边铰<简）支圆平板圆平板地周边是连接在圆筒体上地.圆筒体对圆平板周边地约束情况,由二者地相对刚度来决定、当圆筒体地壁厚比圆平板地壁厚小很多时,圆筒体只能限制圆平板在圆筒体轴线方向地位移,而对圆平板在连接处地转动约束不大,这样地约束可简化成铰支地圆平板.设铰支圆平板地半径为,则有：解得: <2-15）经计算整理,得圆平板径向及环向弯矩为：<2-16）<2-17）因为及是截面中单位宽度上地弯矩,在计算弯曲应力时必须采用截面单位宽度上地惯性矩.相应于及,截面单位宽度地惯性矩为,因此圆平板内某点地径向弯曲应力及环向弯曲应力分别为：<2-18）<2-19）最大应力产生于圆平板中心<）地表面,分别为：<2-20）<2-21）和梁弯曲时一样,圆平板双向弯曲时,以中性面为分界面,沿厚度上下两半部分地应力正负符号是相反地.为简化起见,上列各应力计算公式仅表示圆平板受拉表面地应力.铰支圆平板弯矩及表面弯曲应力地分布如图2-10所示.4 周边固支圆平板如果与圆平板连接地筒体壁厚很厚,筒体不仅限制了原平板周边沿筒体轴向地位移,而且限制了原平板在连接处地转动,则可把筒体对圆平板周边地约束情况简化为固支.固支圆平板地边界条件为：,<2-22）相应地弯矩方程式：<2-23）<2-24）圆平板上下表面<）处任一点地径向弯曲应力及环向弯曲应力分别为： <2-25）<2-26）最大弯曲应力为原平板边缘表面地径向弯曲应力,即：固支圆平板弯矩及表面弯曲应力沿半径地分布如图2-11所示.5 与相连圆筒壳地比较综合周边铰支、固支两种情况,圆平板在内压作用下地最大弯曲应力近似为：周边铰支K=0.31、固支K=0.188.而相连接地圆筒壳在内压作用下地环向薄膜应力为：假定圆平板厚度与圆筒壳相同,且近似取圆平板半径等于圆筒壳平均半径,则：通常圆筒壳地厚度远小于D,因而远大于.绝大多数容器地值均超过50,这就意味着在等厚度、同直径条件下,平板内产生地最大弯曲应力至少是圆筒壁中薄膜应力地20-30倍.如欲使圆平板中地最大弯曲应力与圆筒壳地薄膜应力相同,则圆平板地壁厚必须远大于圆筒壳壁厚：四、圆筒壳地边界效应1 基本概念承受内压地圆筒形元件,总是和其他相应地元件——封头、管板、端盖等连接在一起,组成一个封闭体,才能承受内压,以满足使用要求.在圆筒元件与其他元件相接之处,承受内压之后,其变形和受力情况与非连接部位有很大不同,这是圆筒与相连元件在相连处变形不一致、互相约束造成地.以圆筒与凸形封头连接为例<见图2-12）,连接线上各点是圆筒与封头地公共点.作为圆筒筒身上地点,承受内压后其径向位移可按以下关系求出.根据广义虎克定律,环向应变为：分析环向应变与径向位移地关系,有：因而同样可以求出,作为封头上地点,连接处承受内压后地径向位移为：式中,,是凸形封头长轴与短轴之比,或长半径与短半径之比.对标准椭球封头,,因而有：即是说,在连接线上,作为筒身地一部分应沿径向向外位移；作为封头地一部分,应沿径向向外或向内位移.但封头在连接线上地径向位移量总是不同于筒身在连接线上地径向位移量,筒身向外地径向位移总是大于封头向外地径向位移.实际情况是,连接线上地点在承受内任后只能有一个径向位移,最后地变形位置只能在二者单独变形地中间位置,这样才能保持构件在连接处变形后是连续地.即二者在连接处互相约束限制.封头对圆筒地约束和限制,相当于沿圆筒端部国间连续均匀地施加弯矩和剪力,使圆筒端部产生“收口”弯曲变形,以抵消内压作用于圆筒所产生地向外径向位移.因而,封头对圆筒地附加载荷及相应引起地变形都是轴对称地.薄壁圆筒地抗弯能力很差,上述附加弯矩和剪力有时会在连接部位产生相当大地弯曲应力,甚至超过由内压造成地薄膜应力.但这种现象只发生在不同形状地元件相连接地边界区域,所以叫做“边界效应”.由边界效应产生地应力叫“不连续应力”,这是抵消不同元件在连接处变形不连续,保持实际上地变形连续在元件内出现地局部附加应力…边界应力.2 圆筒壳与凸形封头连接时地边界效应圆筒壳与凸形封头连接时,在连接处二者地几何形状是连续地.承受内压后二者虽因连接处变形不相同互相牵制,但最终到达地位置仍保持了连接部位地连续——连接处有同一地径向位移和转动角度.当凸形封头与圆筒壳地材质、壁厚都相同时,相应地因而,当凸形封头与圆筒壳相连接时,在圆筒壳连接部位附近因内压引起地附加内力为：(2-37>(2-38>(2-39>(2-39>以上各式中,为椭球封头长短轴直径之比.,随地变化趋势如图2-14所示.<边界应力变化趋势）<一）连接处<）内力及应力因为连接处弯矩等于零,因而没有相应地附加弯曲应力.连接处地径向剪力在连接处横截面上引起剪应力,平均剪应力为：连接处附加环向力在连接处造成附加环向应力：由式<2－39）及式<2—40）可知,和都是随地增加而减小地,连接处地及是最大剪力及最大环向力,因而,.因为地绝对数值较小,可忽略不计.因而连接处地主要附加应力是环向附加应力.连接处总地应力应是内压引起地薄膜应力与附加应力地代数和：<二）附加弯矩最大截面地内力和应力,地值随而变化.当,或者<取,以下同）时,达到最大值,相应地附加轴向弯曲应力为：在同一位置,及相应地附加环向应力也达最大值,其数值为：在附加弯矩最大地截面上,径向剪力减小为零,附加环向力为：由附加环向力引起地附加环向应力为：作用于该截面内某点地总应力为内压造成地薄膜应力及附加应力之和.对于标准椭圆球封头相连地圆筒,内壁处最大地环向总应力为：内外壁面处地轴向总应力分别为：五、对圆筒壳边界效应地结论1. 圆筒壳地边界效应是圆筒壳与相连元件承载后变形不一致,互相制约而产生附加内力和应力地现象.在下列‘情况下均会产生边界效应及不连续应力：①结构几何形状突变；②同形状结构厚度突变；③同形同厚结构材料突变.在分析元件应力状态时,必须有边界效应和边界应力地基本概念.2. 边界应力,自连接处起沿圆筒壳轴向迅速衰减,其影响范围仅在两元件地连接边界附近.计算表明,当或时,截面中等附加内力已衰减到边界上相应内力地5％以下.因此常把地区域视为边界效应地影响区域.一般钢材,因决定了边界效应区域地大小及衰减快慢,故称之为边界效应衰减系数.3. 边界效应中地主要附加内力是轴向附加弯矩和周向附加力.轴向附加弯矩引起地附加弯曲应力沿壁厚呈线性分布,在内外壁面分别为拉伸应力或压缩应力.拉伸应力与轴向薄膜应力叠加而使总地轴向应力加大；周向附加力引起地周向附加应力是压缩应力,可以抵消一部分周向薄膜应力,降低边界附近总地周向应力水平.4. 凸形封头与圆筒壳相连时,边界处地不连续应力很小,通常可以不予考虑；厚圆平板与圆筒壳连接时,边界处地不连续应力较大.在结构设计中,考虑边界效应,应尽量采用凸形封头而少用平板封头.采用平板封头时,要考虑采用相应地结构及工艺措施,以充分保证构件地安全.六、应力分类前面介绍了在内压等作用下元件内产生地一些应力,实际压力容器元件中地应力还不止这些,比如,元件因热胀冷缩约束所产生地热应力；元件自重、内部介质重量等会在元件内引起弯曲应力或拉伸<压缩）应。

压力容器的材料选择
压力容器的材料选择对容器的性能和寿命有重要影响。常用的材料有钢材、合金材料等，选材时需要考虑其力 学性能和腐蚀性。
压力容器设计的流程
压力容器设计通常包括需求分析、参数确定、结构设计、强度校核、材料选 择等多个步骤，每个步骤都需要严格符合相关标准和规范。
压力容器设计案例分析
通过实际案例的分析，了解不同类型压力容器的设计过程和关键要点，帮助 我们理解和应用所学的设计基础知识。
压力容器是一种能够承受内部压力的密封容器，根据其用途和结构特点可以 分为多种不同的类型，如储气罐、储液罐、反应器等。
压力容器设计的基本原理
压力容器的设计需要考虑到力学原理、材料力学、热力学等知识，确保容器 在工作条件下能够安全可靠地工作。
压力容器设计的考虑因素
在设计压力容器时，需要考虑多个因素，如工作压力、温度、容器形状、安 全性要求等，以确保容器能够满足工作条件。
《压力容器设计基础》 PPT课件
本课件旨在介绍压力容器的设计基础知识，涵盖了背景介绍、定义和分类、 基本原理、考虑因素、材料选择、设计流程和案例分析等内容。

背景介绍
压力容器是在工业领域中广泛应用的设备，承受着高压力下的气体或液体。了解背景信息有助于我们理解其重 要性和广泛应用。
压力容器的定义和分类

当壁厚较薄时，认为 N θ , N ϕ 沿壁厚均匀分布，壁厚很薄，弯 曲应力很小，当忽略弯曲应力 M θ , M ϕ 时， Qθ = 0 壳体内只 有 N θ , N ϕ ，此时壳体处于无力矩状态，分析此时壳体中应力 称为无力矩理论。 2.曲率半径
轴对称回转壳体，存在两个基本曲率半径：第一，二曲率半径。 ●第一曲率半径——回转壳体经线上任一点的曲率半径。 ●第二曲率半径——过球面上一点与经线垂直平面在壳体中面上 切割出一条曲线，该曲线在该点曲率半径称为第二曲率半径。
1 ε θ = E (σ θ − µσ ϕ ) ε = 1 (σ − µσ ) θ ϕ E ϕ
知道应变即可求应力
⑵基本方程 ●对壳体分析采用弹性力学分析方法——取微元法 ●对微元受力分析——列出微应力外力平衡方程
取微元; 用两个相邻的经线平面及两个垂直于经线的法向平面截面取 各边长度为1的微元体，微元体中面abcd；微元体上受轴对称均 布外载内压如图
a a
a
dx段轴向应变
εx =
dx − µ + u +
du ⋅ dx − dx du dx = dx dx
原半径R，变形后a点半径为R-W
εθ =
2π ( R − W ) − 2π R W = − 2π R R
距中性面为z的b点的径向位移 u (b)
dw u ( b ) = u − z sin θ ≈ u − z θ , tg θ = ≈θ dx dw u (b ) = u − z dx
∆l = ε ϕ ⋅ l
pr pr σϕ = ,σ θ = 2t t 1 pr pr pr υ ( −υ ⋅ )= (1 − ) εθ = E t 2t Et 2 pr 2 υ 半径增量 u = ε θ ⋅ r = (1 − ) Et 2 轴向伸长 ∆ l 1 pr pr prl 1 ∆l = εϕ ⋅l = ( −υ )l = ( −υ) E 2t t Et 2