压力容器设计的力学基础学习资料.ppt

压力容器设计的力学基础,压力容器设计要解决的基本问题,结构设计-主要由工艺过程决定同时要兼顾机械性能的要求材料选择-满足工作条件（压力、温度、介质）的要求并考虑经济性能强度计算-强度、刚度及稳定性,强度条件,承载结构最大应力的计算,所用材料许用应力的确定,刚度条件,承载结构最大位移的计算,许用值的确定,稳定性条件,承载结构最大应力的计算,基本假设载荷外力内力应力最大应力,基本假设,1、连续性假设 认为物体的一切物理量，如应力、应变、位移等都是物体所占空间点的连续函数。基于这一假设我们就可以用数学工具来分析线弹性力学问题。2、均匀性假设 认为物体是由同一类型的均匀固体材料组成，其各部分的物理性质是相同的。基于这一假设我们就可以从研究体中取出任一单元来分析。,基本假设,3、各向同性假设 认为物体在各方向具有相同的物理性质，物体的弹性常数不随坐标方向的改变而变化。4、小变形假设 认为物体在外力或其他外部作用的影响下，物体所产生的变形与其本身的几何尺寸相比属于高阶小量，可以不考虑因变形而引起的尺寸变化。,外力,作用在物体上的外力分体力Fb和面力Fs两种。体力是作用在物体微粒体积上的力，也称为质量力，如重力、惯性力、电磁力等。其定义式为：,微小体积V的体力矢量为 Fb，体力矢量Fb的方向是V内的体力的极限方向；体力的单位为N/m3,面力是指作用于弹性体表面上的外力，例如流体压力和接触力等。其定义式为：,气体压力，液柱静压力,微小面积S上的面力矢量为 Fs，面力矢量Fs的方向是S上的面力的极限方向；面力的单位为N/m2,内力与应力,内力弹性体受外力作用时，其内部因外力而引起的力，称为内力，该内力总是试图抵抗外力，并不外力相平衡。在弹性范围内，内力随外力增大而增大。对于杆件、简单的板壳，内力可由材料力学的截面法求得。,基于材料力学截面法可以求解的问题,拉压、弯曲、扭转、内压薄壁圆筒、内压薄壁球壳,内力与应力,对于单轴拉伸,弯曲,剪切,扭转,内压薄壁圆筒,基于弹性力学的板壳理论可以解决的问题,筒体球壳锥形封头凸形封头平板封头-圆平板理论,厚壁圆筒边缘应力,回转壳体的无力矩理论薄膜应力,回转壳体的有力矩理论,不连续区总体结构不连续，局部结构不连续区,强度理论,一点处的应力状态 强度理论,一点处的应力状态,两向应力状态,三向应力状态,强度理论,VAS:sp3ANSYS:sint,VAS:sp4ANSYS:seqv,脆性断裂 选用第一、第二强度理论屈服失效 选用第三、第四强度理论,各种强度理论的适用范围及其应用,1.在三向几乎等拉的应力状态下(1230)，不论是塑性材料还是脆性材料均不会发生屈服破坏。宜用第一强度理论。,2.在三向几乎等压的应力状态下(123，10)不论是塑性材料，还是脆性材料，都不可能发生脆性断裂，只可能屈服失效。宜用第三、四强度理论，三向均压，极难发生破坏。,3.第一和第二强度理论，都是以脆断为破坏标志的强度理论。从表面上看，第二强度理论似乎比第一强度理论更完善，因为它除了考虑了最大拉应力1外，还把2和3也考虑进去了，但对铸铁等材料的一些破坏试验表明，第一强度理论优于第二强度理论特别是在两向拉伸的情况下，第二强度理论与实验结果相差远。,4.第三和第四强度理论都是以屈服失效为破坏标志的强度理论，从实验结果来看第四强度理论更接近实验结果，但第三强度理论以其形式简单，而且偏于安全的特点，与第四强度理论平分秋色。,