压力容器的设计审核人员培训 GB150.3 压力容器 第3部分的设计 第56章课件共96页文档

（1）局限性 （2）自限性
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2）计算公式
因K为封头上的最大应力与对接圆筒中的环向薄膜应 力的比值，则封头计算厚度为对接圆筒计算厚度的K倍。 又圆筒壁厚为等径球壳壁厚的2倍，故有椭圆形封头厚度： δ=K×δ圆筒≈2Kδ球壳
4 2K tc D pipc2K t cD p 0i.5pc
近似可理解为圆筒厚度的K倍。
该式去除Q后即为内压圆筒厚度计算式。
上述球冠形封头的应力受边界力的影响及
其许用应力的调整(放宽至3［σ］)，是通
过系数Q来体现的。Q应根据结构参数(球
冠内半径Ri与封头内直径Di之比)和压力参 数按相应曲线查取。（GB150.3图5-5～图
5-7） 31
（4） 圆筒加强段
球冠形封头的计算方法系由解析法应力分析 得出，分析中设定圆筒取与球冠等厚。由于该计 算厚度大于内压圆筒计算厚度，从经济性考虑， 圆筒通常仅设一段与球冠等厚的短节，称为加强 段。
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2）对对接圆筒的影响。 外压圆筒计算长度L的意义：
L为两个始终保持圆形的刚性截面之 间的距离。椭圆封头曲面深度的1/3处可 视为能保持圆形的截面，为此由两个椭 圆封头与圆筒相连接的容器，该圆筒的 外压计算长度L=圆筒长度+两个椭圆封 头的直边段长度+两倍椭圆封头曲面深度 的1/3。
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2.碟形封头 受力、变形特征，应力分布，稳定，
内容简介
GB150.3-2019《压力容器 第3部分：设计》第5、6章
一、封头 二、开孔和开孔补强
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一、封头
压力容器常用的封头有凸形封头、锥 形封头、偏心锥壳、变径段、平盖、和紧 缩口。其中凸型封头包括半球形封头、椭 圆形封头、碟形封头和球冠形封头。
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偏心锥壳
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1. 椭圆封头 A、内压作用下 1）应力状况 a.薄膜应力（两向应力作用，纬（环） 向、经向） a）标准椭圆封头薄膜应力分布：
d.形状系数K的意义 K为封头上的最大应力与对接圆筒中的环向薄膜
应力的比值，
K max 环
K分布曲线可回归成公式：
K1 62b a21 622D hii 2
不同a/b的K见GB150.3第117页表5-1。标准椭圆封头K=1。
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边缘应力的特性
由边缘力和边缘力矩引起的边缘力具有以下 两个特点：
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（2）边缘影响及边缘应力 两处边界，圆筒与环壳对接的边界
1，环壳与球壳对接的边界2 见下图
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碟形封头中边界力作用示意图
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3）r/Ri对碟形封头应力的影响： a.当r/Ri较小时（≤0.16）边界2上的作用力对整
个封头中的应力起很大的影响。
b.当r/Ri＞0.16时，M值受其影响很小，这是整 个封头仅受边界1（即封头底边）的影响，其受力 情况已与椭圆封头相近了。
（2） 边缘问题及应力分布情况 球冠和圆筒的连接部位受边界力等
作用，在原薄膜应力的基础引起附加的径 向、周向弯曲应力及局部薄膜应力。根据 应力分析表明：它们的最大应力发生在连 接处边缘，且为径向应力，其中弯曲应力 占相当的比重。
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球冠封头受力作用示意图
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（3） 厚度计算公式
QpcDi
2t
pc
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经向薄膜应力分布情况
环向薄膜应力分布情况
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经向应力：最大应力在顶点。
环向应力：最大拉应力在顶点，最大压应力在底 边。
b) 变形特征：趋圆。
c) 计算对象意义：
拉应力——强度计算
压应力——稳定控制
b.弯曲应力（与圆筒连接）
a) 变形协调，形成边界力。
b) 产生二次应力。
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边缘应力：
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B 外压作用下： 1）封头稳定以薄膜应力为对象计算：
a.变形特征：封头长轴伸长，短轴缩短—趋扁。
b.计算对象 长轴伸长使过渡区的圆周直径增大，周长
伸长，在周向产生拉应力，为此过渡区不存在 缩应力，为此存在失稳问题。
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c.计算意义，按外压球壳。 当量球壳：对标准椭圆封头； 当量球壳计算外半径：Ro=0.9Do。 Do—封头外径。
4）变形特征：
内压作用下有趋圆特征，存在着失稳可能。封 头上周向压缩应力随其Ri/r的增大而加剧，从而很 容易发生失稳，GB150.3（表5-3）对Ri/r不超过10， 即是基于这种考虑的。
外压过渡区不存在失稳，“趋扁”；仅对球面 部分进行外压计算。
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3. 球冠形封头 一）内压作用
（1） 与筒体的连接方式 通常是部分球壳与圆筒连接
加强段最小长度根据圆筒端部局部应力的衰 减范围确定。球冠形封头的厚度计算中是经向弯 曲应力起控制作用，对应地圆筒也是轴向弯曲应 力起控制作用，故其加强段长度按圆柱壳在均布 边界力作用下的弯曲应力的衰减长度考虑，最小 长度取 2 0.5Diδ 。
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3）焊接接头系数φ。 指拼缝，但不包括椭封与圆筒的连接环缝的接头 系数。 4）内压作用下的稳定： a. a/b≯2.6是GB150.3（表5-1）限制条件，（当 a/b ＞2.5时，最大应力发生在过渡区外壁，且为 周向压缩应力。）即是为了限制压缩应力值，防 止易发生的弹性失稳。 b.防止失稳，限制封头最小有效厚度： a/b≤2，即K≤1 δmin≥0.15%Di a/b ＞2，即K＞1 δmin≥0.30% Di
对于与标准椭圆封头具有相似外形(相同 直径与高度)的碟形封头，由薄膜理论可以 得到内压作下封头的应力分布如图见下图
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经向应力σφ在封头球面部分呈均匀分布， 为拉伸薄膜应力，至过渡区(环壳)应力逐渐 减小，到达封头底边时应力降至一半，与对 接圆筒的轴向应力相等。
封头上的周向应力σθ在封头球面部分亦 均匀分布，为拉伸薄膜应力，数值与经向应 力相等。封头过渡区(环壳)上的周向应力为 压缩薄膜应力，在球壳与环壳的连接点处压 应力最大，沿经向至底边压应力逐渐减小， 在底边处为最小值。
控制条件与椭圆封头相似，只不过形状 系数由K（椭封）改为M。 1)组成：中间是球壳加边缘环壳，直边段 圆筒构成。各处结构不连续，是拼凑的 旋转壳体，所以应力分布存在局部突变。
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2) 应力状态：
主要是两向应力，即周向应力σθ和经向 应力σφ，结构不连续区存在着局部的不连续 因变形协调而产生的应力，是由薄膜应力和 弯曲应力组成。 （1）薄膜应力分布