第二章压力容器应力分析-5
压力容器思考题
思考题第1章 压力容器导言1.1 介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？1.2 压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？1.3 《容规》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV 大小进行分类？1.4 《容规》与GB150的适用范围是否相同？为什么？1.5 GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同？它们的适用范围是什么？1.6 过程设备的基本要求有哪些？要求的因素有哪些？1.7 在我们做压力容器爆破实验时发现，容器首先破坏的地方一般在离封头与筒体连接处一段距离的地方，而并非处于理论上应力集中的连接处的地方，请问原因何在？第2章 压力容器应力分析2.1 试述承受均布外压的回转壳破坏的形式，并与承受均布内压的回转壳作比较，它们有何异同？2.2 试述影响承受均布外压圆柱壳的临界压力因素有哪些？为提高圆柱壳弹性失稳的临界压力，应采用高强材料。
对否，为什么？2.3 两个直径、壁厚和材质相同的圆筒，承受相同的周向均布外压。
其中一个为长圆筒，另一个为短圆筒，试问它们的临界压力是否相同，为什么？在失稳前，圆筒中周向压应力是否相同，为什么？随着所承受的周向均布外压力不断增加，两个圆筒先后失稳时，圆筒中的周向压应力是否相同，为什么？2.4 承受周向压力的圆筒，只要设置加强圈均可提高其临界压力。
对否，为什么？且采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。
对否，为什么？2.5 试确定和划分短圆筒与刚性圆筒的界限，并导出其临界长度2.6 承受横向均布载荷的圆形薄板，其力学特征是什么？它的承载能力低于薄壁壳体的承载能力的原因是什么？2.7 承受横向均布载荷作用的圆平板，试比较周边简支和固支情况下，圆板中的最大弯曲应力和挠度的大小和位置2.8 承受周向压力的圆筒，只要设置加强圈均可提高其临界压力。
对否，为什么？且采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。
(完整版)设备设计答案
2.压力容器应力分析思考题1. 一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么?答：几何形状、承受载荷、边界支承、材料性质均对旋转轴对称。
2. 推导无力矩理论的基本方程时，在微元截取时，能否采用两个相邻的垂直于轴线的横截面代替教材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面？为什么？ 答：不能。
如果采用两个相邻的垂直于轴线的横截面代替教材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面，这两截面与壳体的两表面相交后得到的两壳体表面间的距离大于实际壳体厚度，不是实际壳体厚度。
建立的平衡方程的内力与这两截面正交，而不是与正交壳体两表面的平面正交，在该截面上存在正应力和剪应力，而不是只有正应力，使问题复杂化。
3. 试分析标准椭圆形封头采用长短轴之比a/b=2的原因。
答：a/b=2时，椭圆形封头中的最大压应力和最大拉应力相等，使椭圆形封头在同样壁厚的情况下承受的内压力最大，因此GB150称这种椭圆形封头为标准椭圆形封头 4. 何谓回转壳的不连续效应？不连续应力有哪些特征，其中β与 两个参数的物理意义是什么？答：回转壳的不连续效应：附加力和力矩产生的变形在组合壳连接处附近较大，很快变小，对应的边缘应力也由较高值很快衰减下来，称为“不连续效应”或“边缘效应”。
不连续应力有两个特征：局部性和自限性。
局部性：从边缘内力引起的应力的表达式可见，这些应力是 的函数随着距连接处距离的增大，很快衰减至0。
不自限性：连续应力是由于毗邻壳体，在连接处的薄膜变形不相等，两壳体连接边缘的变形受到弹性约束所致，对于用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部产生塑性变形，弹性约束开始缓解，变形不会连续发展，不连续应力也自动限制，这种性质称为不连续应力的自限性。
β的物理意义：()Rt4213μβ-=反映了材料性能和壳体几何尺寸对边缘效应影响范围。
该值越大，边缘效应影响范围越小。
Rt 的物理意义：该值与边缘效应影响范围的大小成正比。
反映边缘效应影响范围的大小。
5. 单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有哪些特征？当承受内压很高时，能否仅用增加壁厚来提高承载能力，为什么？答：应力分布的特征：○1周向应力σθ及轴向应力σz 均为拉应力（正值），径向应力σr 为压应力（负值）。
过程设备设计第二章【压力容器应力分析】21【回转薄壳应力分析】解析
A
Байду номын сангаас
母线
回转轴
R2
R1 O
O1
第一曲率半径
第二曲率半径
（1）回转薄壁壳体基本概念 a. 薄壁壳体的特征：平面应力问题 b. 回转壳体的几何特性： 轴对称 回转壳的中面是回转曲面，它是由一根平面曲线绕一根在 曲线平面内的定轴旋转而成，这一根曲线称为母线。 壳体任意一个截面上的载荷相对回转轴对称，沿回转轴方 向的载荷可以按照任意规律变化。
讨论
1、与厚平板连接的圆柱壳，在内压作用下，圆柱壳 中的最大应力是什么应力？其位置在哪儿？
2、不连续应力的大小和哪些因素有关？在压力容器 设计时，是否需要限制不连续应力？为防止因不 连续应力过大引起压力容器破坏，工程中应采取 什么措施？
第二曲率半径与回转轴 位置有关；
母线
问题1. 第一曲率半径与第二曲率半 径哪个大？
问题2. 第一曲率半径与第二曲率半 径有什么关系？
经向 轴向
回转轴
R1 O O1
A R2
第一曲率半径
第二曲率半径
无力矩理论与有力矩理论： 对于部分容器，在某些特定的壳体形
状，载荷和支撑条件下，其弯曲内力 与薄膜内力相比很小可以忽略不计， 此时，壳体的应力状况仅由法向力 Nφ Nθ决定，称为“无力矩理论”。 在壳体理论中，如果考虑横向剪力 Q和弯矩M，M，称为“有力矩理 论”。
《压力容器设计》课程教学大纲
《压力容器设计》课程教学大纲课程名称：压力容器设计课程编号：1010540020 课程类别：必修英文名称：Pressure Vessel Design学分/学时：2学分/32学时开课学期：春季学期适用专业：过程装备与控制工程、安全工程及相关专业先修课程：理论力学、材料力学、机械工程材料后续课程：弹性力学与有限元、压力容器分析设计开课单位：化工机械与安全学院任课教师：王泽武一、课程说明《压力容器设计》是过程装备与控制工程专业一门重要的专业基础课，也是专业必修的核心主干课程。
《压力容器设计》是讲授压力容器薄壳结构应力分析与强度计算的课程，旨在让学生掌握失效形式、设计准则和规范设计方法，学会立足于材料的物理化学行为、过程与制造工艺、质量保证与安全等方面对压力容器进行强度、刚度、稳定性计算和结构设计，理解相关标准对压力容器不同部位结构设计的基本要求，具有综合运用所学知识解决复杂结构压力容器工程设计的能力。
二、课程目标1. 本课程支撑的毕业要求本课程主要支撑的毕业要求为：1.4利用过程装备、流体机械、控制工程等专业知识，掌握解决工程问题的基本思路和方法，具备综合应用所学知识解决复杂工程问题的能力。
2.3具备综合应用数学、自然科学和工程科学基本原理分析复杂工程问题，并获取有效结论的能力。
3.1理解过程装备设计、制造、检验与监管领域国际和国内相关的技术规范、标准以及管理条例，具备依照标准与规范设计元件、系统或流程以满足需求的能力。
5.1利用CAD、CFD、CAE等现代工程工具和信息技术分析、模拟及设计元件、系统及流程，对过程装备与控制系统进行模拟和预测，并能够理解其局限性。
2. 本课程拟达到的特定教学目标(1)要求学生能够通过课程学习，具备综合应用所学的筒体、封头、法兰、开孔补强等计算方法，解决压力容器复杂结构的工程计算和设计问题；(2)要求学生能够辨识压力容器结构力学行为的核心特征，掌握薄膜应力基本理论和工程计算方法；(3)要求学生了解当前国内外压力容器发展状况、未来趋势和关键科学问题，具有国际化视野的竞争和合作能力；(4)要求学生熟悉国内外压力容器主流设计规范和关键标准，能够在法规和标准的框架下开展压力容器设计工作；(5)要求学生能够通过CAD、CAE及“资源共享课”、“慕课”等网络教学内容，进行计算机与信息技术学习，提升终身学习能力的培养。
【一言难尽一饮而尽系列】过程装备设计思考题答案
【⼀⾔难尽⼀饮⽽尽系列】过程装备设计思考题答案1.压⼒容器主要由哪⼏部分组成?分别起什么作⽤?答：压⼒容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、⽀座、安全附件六⼤部件组成。
筒体的作⽤：⽤以储存物料或完成化学反应所需要的主要压⼒空间。
封头的作⽤：与筒体直接焊在⼀起，起到构成完整容器压⼒空间的作⽤。
密封装置的作⽤：保证承压容器不泄漏。
开孔接管的作⽤：满⾜⼯艺要求和检修需要。
⽀座的作⽤：⽀承并把压⼒容器固定在基础上。
安全附件的作⽤：保证压⼒容器的使⽤安全和测量、控制⼯作介质的参数，保证压⼒容器的使⽤安全和⼯艺过程的正常进⾏。
2.介质的毒性程度和易燃特性对压⼒容器的设计、制造、使⽤和管理有何影响？答：介质毒性程度越⾼，压⼒容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选⽤、制造、检验和管理的要求愈⾼。
如Q235-A或Q235-B钢板不得⽤于制造毒性程度为极度或⾼度危害介质的压⼒容器；盛装毒性程度为极度或⾼度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合⾦钢板应⼒逐张进⾏超声检测，整体必须进⾏焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进⾏100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进⾏⽓密性试验。
⽽制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
毒性程度对法兰的选⽤影响也甚⼤，主要体现在法兰的公称压⼒等级上，如内部介质为中度毒性危害，选⽤的管法兰的公称压⼒应不⼩于1.0MPa；内部介质为⾼度或极度毒性危害，选⽤的管法兰的公称压⼒应不⼩于1.6MPa，且还应尽量选⽤带颈对焊法兰等。
易燃介质对压⼒容器的选材、设计、制造和管理等提出了较⾼的要求。
如Q235-A·F不得⽤于易燃介质容器；Q235-A不得⽤于制造液化⽯油⽓容器；易燃介质压⼒容器的所有焊缝（包括⾓焊缝）均应采⽤全焊透结构等。
3.《压⼒容器安全技术监察规程》在确定压⼒容器类别时，为什么不仅要根据压⼒⾼低，还要视压⼒与容积的乘积pV⼤⼩进⾏分类？答：因为pV乘积值越⼤，则容器破裂时爆炸能量愈⼤，危害性也愈⼤，对容器的设计、制造、检验、使⽤和管理的要求愈⾼。
过程设备设计第三版答案(郑津洋 董其伍 桑芝富主编)最新最全版
第一章压力容器导言思考题1.1 压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？答:筒体：压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间，是压力容器的最主要的受压元件之一；封头：有效保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量；密封装置：密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行；开孔与接管：在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了工艺要求和检修的需要。
支座：压力容器靠支座支承并固定在基础上。
安全附件：保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。
思考题1.2 介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？答:介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。
如Q235-A或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
毒性程度对法兰的选用影响也甚大，主要体现在法兰的公称压力等级上，如内部介质为中度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.0MPa；内部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.6MPa，且还应尽量选用带颈对焊法兰等。
易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。
如Q235-A•F不得用于易燃介质容器；Q235-A不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝（包括角焊缝）均应采用全焊透结构等。
思考题1.3 《容规》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？答:《压力容器安全技术监察规程》依据整体危害水平对压力容器进行分类，若压力容器发生事故时的危害性越高，则需要进行安全技术监督和管理的力度越大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也越高。
《过程设备设计基础》
《过程设备设计基础》习题集樊玉光西安石油大学2007.1前言本习题集为配合过程装备与控制工程专业《过程设备设计基础》课程的教学参考用书。
本书是编者在过去多年教学经验的基础上整理编写而成，旨在帮助加深对课程中一些基本概念的理解，巩固所学的知识，提高分析和解决工程设计问题的能力，因此编写过程中力求选题广泛，突出重点，注重解题方法和工程概念的训练。
本书与《过程设备设计基础》教材中各章教学要求基本对应。
各章中包含思考题和习题。
目录第一章压力容器导言 (2)第一章思考题 (2)第二章压力容器应力分析 (3)第二章思考题 (3)第二章习题 (7)第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 (13)第三章思考题 (13)第四章压力容器设计 (14)第四章思考题 (14)第四章习题 (16)第五章储存设备 (19)第五章思考题 (19)第五章习题 (19)第一章压力容器导言1.1压力容器总体结构，1.2压力容器分类，1.3压力容器规范标准。
第一章思考题思考题1.1.压力容器主要有哪几部分组成？分别起什么作用？思考题1.2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？思考题1.3.《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？思考题1.4.《压力容器安全技术监察规程》与GB150的适用范围是否相同？为什么？思考题1.5.GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同？他们的适用范围是什么？思考题 1.6.化工容器和一般压力容器相比较有哪些异同点？为什么压力容器的安全问题特别重要？思考题1.7.从容器的安全、制造、使用等方面说明对压力容器机械设计有哪些基本要求？思考题 1.8.为什么对压力容器分类时不仅要根据压力高低，还要考虑压力乘容积PV的大小?思考题1.9.毒性为高度或极度危害介质PV＞0.2MP a·m3的低压容器应定为几类容器？思考题1.10.所谓高温容器是指哪一种情况?第二章压力容器应力分析2.1 载荷分析，2.2回转薄壳应力分析，2.3 厚壁圆筒应力分析，2.4 平板应力分析，2.5 壳体的稳定性分析，2.6 典型局部应力。
压力容器的弹塑性应力及可靠性分析
＝
＝
（ ｕ －Ｐ ） Ｐ－ １ ｎ＋
－ Ｒ ＿ ＋丁 Ｋ ｎ ｎ Ｃ ｎ １ ｎ
（ 性） 鳢
式 中， 比；
１ 风 分 别 为第 ｎ层 内外 半径 ， 一和 Ｐ 分 别为第 ｎ层 内外 界面上 的压 力 。 为第 ｎ层 外 内半径 和 ｌ
为材料 体积 弹性模量 ；Ｃ 为 与材料 性 能相 关的量 。对于 双层 容器 ，当材 质不 同的两层 容器均 部分 进
采用基于均值和信息熵不变原则的随机一模糊参量转换方法及相应的随机可靠性方法或模糊可靠性方法可以同时对含随机模糊因素的厚壁压力容器的安全可靠性进行近似分析但随机方法更适用于随机特征更强的问题而模糊方法适用于模糊特征更强的问题
维普资讯
工
程
１５ ２
采用 基于 实数 编码 的遗传算 法对 复杂布 局 问题进 行求解 ，并对 实数编 码遗 传算 法进 行 改进 ，直接将 问
进行预处理，主要包括问题的简化、相关工程因素的处理等。求解过程 中，首先引入模拟退火算法的思想
对 中间过 程解 进行选 择 ，以防止算 法 出现 “ 熟 ” 象（ 早 现 即防止算 法 出现 超级 个体 而导 致其控 制整个 进化群
体） ；然后 对离 散变量 采用 直接交 叉 的方法 ，对 离散变 量 采用整 体算 术交 叉 的方法 ，并 在连 续变 量变 异前对 其 随机加 一 个扰动 量 ，以控 制其搜 索 范 围；在算法 进化 过程 中 ，对求 解 的中 间结果 按最优 保 留策略进行 处
可靠性 分析 ，将 问题 中的模 糊参 量等 效转 换为 随机参 量 ，再与强度 极 限结合 ，得 容器 可靠度 为 ９． ％。同 ５４ ５ 样按 “ 均值 ”和 信息熵 不变 原则 ，将 问题 中的随 机参量 等效 转换 为正态 型模 糊参量 ，再利用 水平截集 法，
压力管道局部应力分析
I.
采用有限元法对特殊管件进行分析，得到应力集中系数；
II. 应力增大系数等于应力集中系数的一半。
应力增大系数应用的注意事项！
根据GB 50316、ASME B31.1和ASME B31.3的规定，计算二次应力时应 采用应力增大系数。这是由于采用应力增大系数的目的，是考虑局部应力 集中的影响，而局部应力集中主要对管件的疲劳破坏产生作用。因为局部 的高应力循环，将使材料产生裂纹并不断扩展，最终导致破坏。校核二次 应力的目的正是为了防止疲劳破坏，因此在计算二次应力时必须考虑应力 集中的影响，应该采用应力增大系数。另外，根据ASME B31.3的标准释 义，计算一次应力可不考虑应力增大系数。这主要是因为校核一次应力是 为了控制管道的整体破坏，局部的应力集中对管道的整体破坏影响不大。 另外一次应力采用弹性分析方法，认为某一点达到屈服管道失效，已经非 常保守，如果在考虑应力集中的影响将导致过分保守。
l 为了能够表示出WRC107、297计算的误差，使用有 限元分析软件(NozzlePro/FEpipe)来进行对比计算。
l 有限元法严格按照理论分析方法，结合ASME Ⅷ-2 中的应力分类来对特定结构进行应力计算，当满足 理想化假设条件时，其结果与真实应力十分接近， 并且有限元分析法不受任何几何条件的限制，计算 精度与网格划分的疏密程度相关。
可以提高至0.6
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压力管道局部应力分析
WRC107应用范围及限制条件
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压力管道局部应力分析
WRC107应用范围及限制条件
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压力管道局部应力分析
WRC297应用范围及限制条件
l WRC297继承了WRC107的一些限制条件，另外，当连接区 域的接管壁厚小于补强壁厚时，其局部应力计算值可能过于 保守
压力容器材料的力学性能分析
压力容器材料的力学性能分析随着现代工业的不断发展和科技水平的提高，各种技术装备也在不断地升级和改进。
其中涉及到的压力容器，在工业生产中扮演着至关重要的角色。
因此，压力容器的安全性能显得尤为重要。
在设计和制造过程中，对压力容器材料的力学性能进行分析和评估是必不可少的。
本文将对压力容器材料力学性能的分析进行详细阐述。
第一章总体介绍随着化工、电力、石油等行业的飞速发展，压力容器在工业中扮演着不可替代的角色。
从物理角度来看，压力容器是一个封闭的容器，内部承受着高压气体或液体的作用，其要承受的压力远远高于常压，因此必须保证容器的安全性。
而压力容器的安全性能与材料的力学性能密切相关，因此对压力容器的材料力学性能进行分析和评估尤为重要。
第二章压力容器的力学性能分析压力容器的力学性能分析主要涉及以下几个方面。
2.1 强度设计强度设计是指根据所承受的载荷和工作环境等因素，确定压力容器所需要承受的最大压力，并据此选择合适的厚度和材料。
其目的是确保压力容器在正常运行条件下不会出现变形、破裂等安全事故。
在强度设计时，需要考虑材料的抗拉强度、屈服强度、延展性等因素。
2.2 填料设计填料设计主要是指为了增强压力容器的强度和刚度，采用填料的方法进行加固。
填料一般采用同材料或不同材料的纤维增强复合材料，填料的选择和设计需要考虑其强度、刚度、密度等因素，以及与基材的相容性。
2.3 前缘和架网设计前缘是指压力容器的前部和侧面，前缘采用加强筋、角钢等加强结构来增强容器的强度。
而架网设计是为了增加容器的刚度和稳定性而设置的支撑网。
前缘和架网的设计需要考虑其加强效果、成本等因素。
2.4 腐蚀和疲劳设计另一方面，在介质的作用下，容器容易发生腐蚀和疲劳等问题，这也是影响容器安全性的因素之一。
因此，在材料的选择和强度设计时，还需要考虑其腐蚀和疲劳性能，采取有效的预防措施，延长容器的使用寿命。
第三章压力容器材料的力学性能实验分析对压力容器材料力学性能进行实验分析是评估材料性能的重要手段。