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第三章、3—1 内压薄壁壳体强度计算目的要求：使学生掌握内压圆筒内压球形壳体的强度计算，以及各类厚度的相互关系。
重点难点：掌握由第一强度理论推出的内压圆筒，内压球形壳体的强度计算公式。
第三章内压薄壁容皿本章的任务就是在回转薄壁壳体应力分析的基础上，推导出内压薄壁容皿强度计公式。
本章的压力容皿设计计算公式，各种参数制造要求以及检验标准均与GB150-1998《钢制压力容皿》保持一致。
第一节压内薄壁壳体强度计算一、内压圆筒为了保证圆筒受压后不破裂，根据第一强度理论应使筒体上最大应力，即环向应力σ 2 小于等于材料在设计温度下的许用应力σ t PD 用公式表达：σ 2 ≤ σ t ，其中P-设计压力。
2δ 1）中径0 D Di 2 此外还应考虑到，筒体在焊接的过程中，对焊金属组织的影响以及焊接缺陷（夹渣、气孔、未焊透等）影响缝焊的强度（使整本强度降低），所以将钢板的许用应力乘以一个小于1 的焊接接头系数，以弥补焊接可能出现的强度削弱，故PD PDσ2 ≤ σ t ：≤ σ t 2δ 2δ此外，工艺计算时通常以Di 做为基本尺寸，故将 D Di δ 代入上式：P Di δ 则≤ σ t 2δ 可解出δ ，同时根据GB150-1998 规定，确定厚度时的压力用计算压力pc代替。
最终内压薄壁圆筒体的计算厚度δ ：PC Di δ 适用：PC ≤ 0.4σ t 2σ t PC 考虑到介质时皿壁的腐蚀，确定钢板厚度时，再加上腐蚀裕量：δd δ C2 ——圆筒的设计厚度再考虑到钢板供货时的厚度偏差，将设计厚度加上厚度负偏差，再向上圆整三规格厚度，这样得到名义厚度。
δ d δ C2 C1 筒体强度计算公式，除了可以决定承压筒体所需的最小壁厚外，还可用该公式确定设计温度下圆筒的最大允许工作压力，对容皿进行强度校核；可以计算其设计温度下计算应力，判断指定压力下筒体的安全。
例：设计温度下圆筒的最大允用工作压力p Di δ 由≤ σ t 推导而来2δ δ e δ n C1C2 2δ e σ t P ≤ Di δ e W 设计温度下圆筒的计算应力：Pc Di δ e σ t ≤ σ t 2δ e 采用计算压力pc 及Di 代替D，并考虑焊接头系数的影响上式变形成：P Di δ ≤ σ t 4δ 则设计温度下球壳的厚度计算：Pc Diδ 范围:Pc ≤ 0.6σ t 4σ t Pc 考虑腐蚀裕量，设计厚度：Pc Di δd C2 4σ t Pc 再考虑钢板厚度负偏差C1 ，再向上图整得到钢板的名义厚度δ n δ C1 C2 ，同理，确定球壳的最大允许工作压力Pw，并对其强度进行校核。
第三章第四节内压圆筒封头的设计
内压圆筒封头是圆筒状的封头，其用途主要用于密封设备的内部，改善设备的运行环境，它的设计有着复杂的要求，需要考虑到许多因素，以下是关于内压圆筒封头设计的基本要素。
一、结构特点
内压圆筒封头主要由内圆筒壳、内衬和外圆筒壳组成，由于受到内压的作用，其组件之间的张力分布很不均匀，所以其结构特性也不一样，这就要求内压圆筒封头的设计必须考虑结构特性的影响。
二、强度要求
内压圆筒封头因受内压作用，其强度要求非常高，特别是外圆筒壳和内圆筒壳之间的夹紧部位，必须考虑到其强度要求，在设计时要特别注意这一点。
三、密封性能要求
内压圆筒封头的主要功能是密封，其密封性能也是设计时非常重要的考虑因素，必须考虑到材料、管道的内外径及长度，以及管道内部压力的大小等，都要综合考虑密封性能要求。
四、施工性能要求
内压圆筒封头的施工性能要求也是不容忽视的，因为它会影响封头的安装流程，包括其可拆卸性、安装工具的种类、具体施工步骤等，都需要设计时提前考虑。
总之，内压圆筒封头的设计非常复杂，综合考虑了结构特点、强度要求、密封性能要求、施工性能要求等诸多因素。
筒体和封头壁厚的计算计算基准：工作压力：6kgf/cm 2（表压）设计压力：10 kgf/cm 2（绝压）温度：常温筒体直径：φ2000；φ3000；φ40001、筒体壁厚的计算：根据公式[]pS t -Φ=σ2pD i 0 mm 式中：S 0——计算壁厚，mmP ——设计压力，kgf/cm 2D i ——圆筒内径，mm[σ]t ——设计温度下圆筒材料的许用应力，kgf/cm 2C ——壁厚的附加量φ——焊缝系数，取选用材质为普通碳钢，《化工设备》（李健主编）第237页查得100℃以下的许用应力为1270 kgf/cm 2，把上述相关数据代入公式，得1085.0127022000100-⨯⨯⨯=S =9.30mm 实际应用壁厚：S=S 0+C C= C 1+C 2+C 3C 1——钢板厚度的负偏差，mmC 2——腐蚀裕度，mmC 3—加工减薄量，mmC 2=1mm, C 3= S 0×10%=0.93mm故 C=＋1＋=2.73mmS=＋=实际取12mm2、标准椭圆封头壁厚的计算：根据公式[]Kp K S t -Φ=σ2pD i 0 mm式中：S 0——计算壁厚，mmP ——设计压力，kgf/cm 2D i ——圆筒内径，mm[σ]t ——设计温度下圆筒材料的许用应力，kgf/cm 2C ——壁厚的附加量φ——焊缝系数，取K ——系数，标准椭圆封头D i /2h i =2，查得K=1选用材质为普通碳钢，《化工设备》（李健主编）第237页查得100℃以下的许用应力为1270 kgf/cm 2，把上述相关数据代入公式， 得10185.01270220001010⨯-⨯⨯⨯⨯=S = 9.30 mm 实际应用壁厚：S=S 0+C C= C 1+C 2+C 3C 1——钢板厚度的负偏差，mmC 2——腐蚀裕度，mmC 3——加工减薄量，mmC2=1mm, C3= S0×10%=0.93mm故C=＋1＋=2.73mmS=＋=实际取12mm按上述方法，计算φ3000，φ4000时相应的筒体壁厚及封头壁厚为17mm,22mm。
1、内压圆筒段强度层壁厚计算公式δ：n ：P:D i :σb :得：圆筒强度层计算壁厚为δ=11.67mm1mm则：圆筒强度层设计壁厚为δi =12.67mm2-1、内压球壳壁厚计算公式δ：n ：P:D i :σb :得：球壳强度层计算壁厚为δ=7.29mm2mm则：球壳强度层设计壁厚为δi =9.29mm 2-2、内压椭圆封头壁厚计算公式δ：n ：P:D i :hi:σb :K:h i ：椭圆封头曲面深度（mm）得：椭圆封头强度层计算壁厚为δ=14.58mm1mm则：椭圆封头强度层设计壁厚为δi =15.58mm2-3、内压蝶形封头壁厚计算公式δ：n ：P:D i :安全系数设计压力（Mpa)玻璃钢-内压容器壁厚计算（玻璃钢HG/T20696-1999），其中：圆筒的计算厚度（mm ）强度曾厚度附加量（mm ）圆筒内径（mm ）圆筒在设计温度条件下环向拉伸强度（Mpa)安全系数设计压力（Mpa)球壳内径（mm ）（按与筒体等径计算）球壳在设计温度条件下环向拉伸强度（Mpa)，其中：球壳的计算厚度（mm ）椭圆封头的计算厚度（mm ）安全系数设计压力（Mpa)强度曾厚度附加量（mm ） ，其中：目前贮罐采用D i /(2h i ）=2的标准椭圆封头则：K=强度曾厚度附加量（mm ）椭圆封头内径（mm ）椭圆封头曲面深度（mm ）（按D i /(2h i ）=2）计算椭圆封头在设计温度条件下环向拉伸强度（Mpa)椭圆封头形状系数 K=(2+(D i /(2h i ))2)/6,其中：安全系数设计压力（Mpa)蝶形封头内径（mm ），其中：蝶形封头的计算厚度（mm ）σb :M:R i ：蝶形封头球面半径（mm） R i =0.9D ir i ：蝶形封头球面与直段过渡区半径（mm） r i ≥0.1D i,此处取r i =0.2D i 得（1）：蝶形封头0.2D段强度层计算壁厚为δ=18.67mm 0mm则：0.2D段强度层设计壁厚为δi =18.67mm得（2）：蝶形封头0.9D段强度层δ=13.13mm （按球型封头公式计算： ）1mm则：0.9D段强度层设计壁厚为δi =14.13mm2-4、内压锥形壳体厚度计算δn ：D is ：r ：σb :α:n ：D 0：δ：δr ：x:P:δ=12.253mm1mm则：周向应力下壳体计算壁厚δi =13.25mmC 1：δ=20.3mm0mm则：周向应力下壳体计算壁厚δi =20.30mm蝶形封头在设计温度条件下环向拉伸强度（Mpa)强度曾厚度附加量（mm ）锥形壳体材料在设计温度下弯曲强度，Mpa蝶形封头形状系数 M=(3+(R i /r i )1/2))/4,其中：强度曾厚度附加量（mm ）安全系数锥形壳体大端外直径，mm;锥形壳体的计算厚度（mm ）锥形壳体折边段厚度（mm ）确定环向应力用的基准内径，mm;（需画图计算）大端折边过渡转角半径，mm;蝶形封头在设计温度条件下环向拉伸强度,Mpa锥形壳体半顶角，【°】强度曾厚度附加量（mm ）纵向应力下壳体需要的壁厚计算公式为： 是周向的一半，故不再计算(2)周向应力下锥形壳体大端折边段所需的壁厚:形状系数，可依据折边段与所连接筒体形成的夹角a及折边处半径与计算直径之比r/Do，从右表中查取过渡段两端加强宽度，mm设计压力（Mpa)以下公式适用于δ/D 0≥0.005的锥形壳体(1)周向应力下壳体需要的壁厚：强度曾厚度附加量（mm ）纵向应力下壳体需要的壁厚计算公式为： 是周向的一半，故也不再计算取值3500150100.13500120100.135008751201.00100.135001201.287002502900300120301035003000.12.9当10≤δ<15，δi =δ+1mm 当δ≥15，δi =δ+0mm当δ<5，δi =δ+3mm 当5≤δ<10，δi =δ+2mm δ：强度层计算厚度；δi ：强度层设计厚度强度曾厚度附加量（mm）。
