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横截面为圆形的等壁厚环形壳体的设计与优化

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:如图7-19所示的环形壳体,壳体的半径为r,环壳中心线的半径为R,壁厚为S。当环形壳体受内压力p作用后,产生环向应力σ1和经向应力σ2。经向应力σ1可用区域平衡方程式求解,现取两个母线分别为om、on的同轴旋转锥面截割壳体,如图7-19所示。图7-19 环形壳体的应力内力与介质压力的轴向平衡条件为Sσ12πρsinθ=pπ整理上式得由于ρ=R+rsinθ,则由式可知,环向应力σ1与有关,也与θ角有关。

横截面为圆形的等壁厚环形壳体的设计与优化

如图7-19所示的环形壳体,壳体的半径为r,环壳中心线的半径为R,壁厚为S。当环形壳体受内压力p作用后,产生环向应力σ1和经向应力σ2(均为膜应力)。由于环形壳体是回转壳体,所以可以用薄膜理论求解其应力。

经向应力σ1可用区域平衡方程式求解,现取两个母线分别为omon的同轴旋转锥面截割壳体,如图7-19所示。

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图7-19 环形壳体的应力

内力与介质压力的轴向平衡条件为

1ρsinθ=pπ(ρ2-R2

整理上式得

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由于ρ=R+rsinθ,则

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由式(7-58)可知,环向应力σ1978-7-111-39705-2-Chapter07-235.jpg有关,也与θ角有关。

经向应力σ2可由微体平衡方程式确定,即

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m点的第一曲率半径和第二曲率半径分别为

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R1R2代入上式得

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从式(7-59)可知,经向应力σ2θ角及R均无关,而且它恒小于σ1,即危险应力是σ1。再分析式(7-58),以确定其最大应力的数值及位置,现取

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显然极值在B点和D点,下面确定4个特殊点的应力,即

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这里D点的应力最大。若用壳体的直径d代替半径r,则壁厚的计算公式为

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式中 p——设计压力(N/m2);

d——环形壳体直径(m);

R——环形壳体的弯曲半径(m);

[σ]t——材料的许用应力,按压力容器设计规定选取(N/m2);

C——壁厚附加量(m)。

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