1 《化工设备机械基础》习题解答
第三章 内压薄壁容器的应力分析
一、名词解释
A组:
⒈薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0。1的容器。
⒉回转壳体:壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360°而成的壳体.
⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
⒋薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论.
⒌第一曲率半径:中间面上任一点M处经线的曲率半径.
⒍小位移假设:壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。
⒎区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。
⒏边缘应力：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。
⒐边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解,原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制.
二、判断题（对者画√，错着画╳）
A组：
1。 下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力?哪些不能？
（1） 横截面为正六角形的柱壳。（×）
(2） 横截面为圆的轴对称柱壳。(√)
(3） 横截面为椭圆的柱壳。 （×）
（4） 横截面为圆的椭球壳。 （√）
（5） 横截面为半圆的柱壳。 （×）
（6） 横截面为圆的锥形壳. （√）
2。 在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。（×）
3。 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径RR21，则该点的两向应力m。 （√）
4. 因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时,则壁厚大的容器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器.(×)
5. 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。（√）
B组：
1。 卧式圆筒形容器，其内介质压力，只充满液体，因为圆筒内液体静载荷不是沿轴线对称分布的,所以不能用薄膜理论应力公式求解。（√）
内压薄壁容器的应力测定
一、实验目的
1.了解电阻应变片的结构，作用及工作原理。
2.初步掌握常温下电阻应变片的粘帖技术，并对被测容器做好粘帖应变片、接线、防潮、检查等准备工作。
3.测定薄壁容器在内压作用时，圆筒及封头上的应力分布。
4.比较实测应力和理论计算应力，分析它们产生误差的原因。
5.掌握“应变电测法”测定容器应力的基本原理和测试技术。
二、实验原理
由中低压容器设计的薄壳理论可知，薄壳回转容器在受压时，在离开与封头连接处的器壁厚度上将产生径向的和环向（切向）主薄膜应力σφ,σθ及其相应的主薄膜应变εφ,εθ,当它们超过材料的曲服强度时，就导至容器破坏或大面积屈服。一方面，圆筒与封头连接的边缘地区，由于几何形状的不连续而成的附加弯曲应力，此应力与薄膜应力叠加会产生比薄膜应力高很多的综合应力,这种应力具有局部性，一离开边缘就快速衰减。边缘应力对疲劳失效和脆性破坏有重大影响，其大小与容器的形式，制造质量及操作条件有关，而工程实际中，不少结构和零部件，由于形状比较复杂，理论上作应力分析相当困难，这时就要采用实测应力分析法，此外在一些重要的结构中，在进行理论分析的同时，还需要进行模型后实际结构的应力测量，以验正理论分析的可靠性和计算的精确度，因此实验应力分析在压力容器的应力分析与强度设计中占有重要的地位。
实测应力的方法很多，但目前应用的主要有两种，即光弹法和电测法，其中电测法应用的最多。我们这个实验就是用电测法测容器中的应力。一般容器器壁中的应力不能直接观察到，但变形无论多麽微小，总是可以测量的，由于变形和内力有一定的关系，只要知道这钟关系，就可以通过测量变形来达到测量应力的目的，由于薄膜容器的应力是两向应力，所以测出径向应变和环向应变，就可以根据广义虎克定律求相应应力：
σφ=E（εφ+μεθ）/（1－ μ2 ） （a）
1 一、名词解释
A组：
⒈薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器。
⒉回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360°而成的壳体。
⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
⒋薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。
⒌第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径。
⒍小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。
⒎区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。
⒏边缘应力：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。
⒐边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制。
二、判断题（对者画√，错着画╳）
A组：
1. 下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？
（1） 横截面为正六角形的柱壳。（×）
（2） 横截面为圆的轴对称柱壳。（√）
（3） 横截面为椭圆的柱壳。 （×）
（4） 横截面为圆的椭球壳。 （√）
（5） 横截面为半圆的柱壳。 （×）
（6） 横截面为圆的锥形壳。 （√）
2. 在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。（×）
3. 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径RR21，则该点的两向应力m。 （√）
4. 因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器。（×）
5. 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。（√）
B组：
1. 卧式圆筒形容器，其内介质压力，只充满液体，因为圆筒内液体静载荷不是沿轴线对称分布的，所以不能用薄膜理论应力公式求解。（√）
新技术新工艺２０１４年 第３期
航天系统用薄壁压力容器的设计分析 赵积鹏，于 斌，刘志栋 （兰州空间技术物理研究所航天压力容器事业部，甘肃兰州７３００００） 摘 要：分析了航天系统用薄壁压力容器的技术特点，讨论了其设计方法，利用大型ＡＮＳＹＳ有限元 程序，建立了压力容器的有限元模型，进行了其工作压力的静力学分析，采用特征值屈曲分析方法，得出 了压力容器屈曲模态形状和临界外压，并进行了模态分析，得到了固有频率。结果表明，所设计的压力容 器能够满足航天系统的使用要求。 关键词：压力容器；航天系统；有限元分析；结构设计 中图分类号：ＴＨ １２２ 文献标志码：Ａ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｔｈｉｎ—ｗａｌｌ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ ｔｏ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ ＺＨＡＯ Ｊｉｐｅｎｇ。ＹＵ Ｂｉｎ，ＬＩＵ Ｚｈｉｄｏｎｇ （Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈ— ｏｄｓ ｆｏｒ ｍｅｔａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，Ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ ｆｉｎｉｔｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ＡＮＳＹＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｄｏｎｅ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｏｕｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅ ｂｕｃｋｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｓｈａｐｅ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｅｉｇｅｎ ｂｕｃｋｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｍｏｄｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ，ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ
