有限长矩形压力容器侧板厚度计算方法的探讨 270 化工机械 2000年 有限长矩形压力容器侧板厚度计算方法的探讨 谢挂兰+龚曙光 (湘潭大学) 摘要在平板叠加理论的基础上，建立了一个有限长对称矩形压力容器的设计模型，并 推导出其侧板厚度的计算公式。通过实例说明，谊公式可用于矩形容器的设计。 关键词压力容器矩形容器侧板厚度计算 矩形容器主要用于空气冷却器、联箱等某些 容器和传热设备。其设计是首先按经验初定各侧 板的厚度，求其拉伸薄膜应力及弯曲应力，然后使 拉伸薄膜应力、拉伸薄膜应力和弯曲应力的叠加 值满足一定的强度校核条件l“。若不能满足，则 ...
270 化工机械 2000年 有限长矩形压力容器侧板厚度计算方法的探讨 谢挂兰+龚曙光 (湘潭大学) 摘要在平板叠加理论的基础上，建立了一个有限长对称矩形压力容器的
模型，并 推导出其侧板厚度的计算公式。通过实例说明，谊公式可用于矩形容器的设计。 关键词压力容器矩形容器侧板厚度计算 矩形容器主要用于空气冷却器、联箱等某些 容器和传热设备。其设计是首先按经验初定各侧 板的厚度，求其拉伸薄膜应力及弯曲应力，然后使 拉伸薄膜应力、拉伸薄膜应力和弯曲应力的叠加 值满足一定的强度校核条件l“。若不能满足，则 要重新确定一个厚度，再重复上述过程，如此循 环，直到满足强度条件为止。由于矩形容器各侧 板厚度的计算没有一个固定的计算公式，对于同 一参数的容器，不同企业的设计人员根据各自的 设计经验会得到一个不同的厚度。同时，我国设 计规范拉J中的薄膜和弯曲应力计算公式，基本上 来自ASM充规范第八卷第1分册，此法由F缸pdJ H在沿用平面粱假设的基础上，基于卡氏定理的 弹性变形法推导而得到【3J，它将容器假设为无限 长，并且不考虑靖盖的作用。因此这些应力计算 公式仅用于容器纵横比(容器长度与横截面边长 之比)值大于4的情况。对小于4的容器。仍可用 此方法，但结果偏于保守【”。而实际应用过程中 的矩形容器，它们都是有限长的，并在大多数情况 下，其纵横比值小于4。 笔者在文献[4，5]的基础上，参照文献[6，7] 中的理论，建立了一个有限长对称矩形容器的设 计模型及其侧板厚度设计公式。 1板的叠加原理 将图l所示的矩形容器看作一个超静定结 构。根据平板的叠加理论，将矩形容器的6个面 沿各自的棱边切开，相邻的板采用铰链相连，在铰 接处施加一个约束弯矩，这样可以得到6块平板。 由于对称性，每块板所承受的载荷和约束均相同， 考虑到相邻板之间的变形协调性，可以将相邻的 3块板作为研究对象，如图1中的编号所示。 图l放松边界侧板①的受力模型 图2为侧板①的受力分解图，它可以分解为 受均匀荷载P的四边简支板I、四边简支沿边缘 z=±口／2受分布力矩的矩形板Ⅱ和四边简支沿 边缘y=±6／2受分布力矩的矩形板Ⅲ。因此侧 板①中的挠度m1的计算公式为： ∞l=甜I+∞Ⅱ+叫Ⅲ (1) 对受均匀荷载的四边简支板I，采用单三角 级数解法，并设挠度的
达式为： 。：莹．(一1)掣k(y)cos半 -2l ” 参照文献[7]式(3．2．14)，可以求得板中挠度： ⋯并童。鼍乒(-一号挚幽警+盏譬幽等)一半 t谢桂兰．女，眦年12月生，讲师。湖南省湘潭市，411l晒。 (2) 万方数据 第荔褥第5攒 他工檄攘 27l 斌中冁=喾； 扩一檄的弯曲刚度。 ◇◇ 罔2懈板①的爱力分解图 对四边筒支沿边缘x=±n／2鬟分布力矩 ^《(y)的矩形檄Ⅱ，参见文献[7】中式(3．3．1)。并 竣挠度的表达式为： mⅡ：塞(一1)掣如(#)。竿■4i o 分布力矩为： 惩(y)。墨(一1)譬繇一警 则板Ⅱ中的挠廉计算式为： ⋯羔毒一嵴(&‰n警一警幽乎)。罕 式中风=专擎。 同样对板m，其挠度的计算式为： ⋯鑫蠢．．景g心(‰山‰幽警一警曲警)一警 将式(2)～
巍魇避受的擐力载旖p嚣，其 设计步骤如下： a．首先幸}算缱擒参数静毙篷，帮求a／e释 6／c的值； b，授据第l爹耩求豹覆，攘表l巾分糕找鹫 对应的卢和乒I的德； e．将第2劳我列酌德代入列式
、(19
串爵求建： 艿》330√鲰嫂嫂笔攀=3．6涨取艿=4燃。 按文献[1]的簧求，对实际结构进行校核(不 考虑封头的俸用对)。穗知辩=125Ⅱm，A=330 mm。则露： 鬈；a=嚣／矗=125／330=O．3788 jl；五=∥，12=5．33 对毒乏边衡凝，其薄膜应力为：铲苍。紫“辑融””一2奇一2x4一⋯⋯ 劐摄掰赢蛉弯曲斑力必： 硝=甓(乩s+错) 万方数据 274 化工机械 2000年 =迦％铲(。s+踹)一 12×5．33 ＼～。’1十0．”88』 茹±131．5MPh 德袄移点静弯蘸疲力秀： o O．07×(±1．52×33伊fl+0．378∥、“2——1嚣i蕊一lT葡j耐J =±136．7M溉 瘟力校核为： ． 硝=口。+碟。131．5+1，09=132．59胁 ≤l。5×l∞=130蛾 罅=d。+醒=136．7+1．09=137．79融 ≤180^呐 实镶2先参照文献【9】牵约铡子。汪知结掏 参数为4928Ⅲx440m×222Ⅲ，设计压力为 0．25删Pa。则有： 8／#=4928／222=22．2 5／c尊4论，222=l，粥 取d／c=4(因为n与c的比值太于4后，可以作 为无限长矩形容器来处理)，畿表l：辟=O，0257l， 恁=O。Q56辨。将零、藏钱入鼗(1s)、({9)中诗箕 如下： 艿》蛳√蹦骂挚嫂翊．7s一 而实Jlj}取值为d=12一。 5结束谱 通过窟例检验，本文在平授疆加理论的菇础 上，推导粥抟有限长矩黟对称容器攫§板厚度的}} 算公式，其计算结象辅：囊献[2，3]中计算公式的结 果要更接；厦于实际。谈设计公式可以供对称矩形 容器设计时参考。 ． 参考文献 l 丁伯民编著．钢制雎力容器——设计制造与检验．上 海：华东化工学院出版社，1992 2 GBl5B糟。螭涮燕力容器 3辕建存，舁形零鄣辫计算．纯芏设备设计，i莹鞯(i)：1 —58 4 B18dhAE，H吣Vs，Kw汰cK，Ahn融AKw．Recm州出珏删酬《获摭ek垮h．§粕洲龌蠢&黼， J叫Ilal硝n瞎汕e№酬‰d峭r，1990，112《2，：50—56 5弛弛删酶‰Yi蚺哪，‰m耐u．A№M瞰h删 M趟缸R。豳。蛩山r蜘ltⅡ嚣§畦扣e弛d培hI孵r越P妇一 船弛．j酬。f巍矬u她V瑚d＆残彝骣，19孵(观)：2静～ 246 6成祥生．应用板壳理论．济南：山求科学技术出版社， 1989 7黄克智编著．板壳理论．je京：清华太学出版社，l辩 8郭应征．糌昭景，掩孝释等．有限长蜒形压力容器的应 力分折法．化工机械，l媳5，篮(3)：28一弘 9羚萎爨．瓤压矩形截鞭骞器瓣设弹{}算，袍羔撬摭， 】994，2l(3)：35—38 (收稿日期：200D．03．23，修网日期：2000—0曩24) 万方数据 有限长矩形压力容器侧板厚度计算方法的探讨 作者： 谢桂兰， 龚曙光， Xie Cuilan， Gong Shuguang 作者单位： 湘潭大学 刊名： 化工机械 英文刊名： CHEMICAL ENGINEERING & MACHINERY 年，卷(期)： 2000,27(5) 被引用次数： 2次 参考文献(9条) 1.丁伯民 钢制压力容器--设计制造与检验 1992 2.GB150-1989.钢制压力容器 3.陈建存 异形零部件计算 1985(01) 4.Blach A E;Hoa V S;Kwok C K;Ahmed A K W Rectangular Pressure Vessel of Finite Length. Transaction of the ASME 1990(02) 5.Zeng Zhaojing;Guo Yingzheng;Gao Jiaju A New Mechanical Model for Rectangular Structures Subjected to Internal Pressure 1990(42) 6.成祥生 应用板壳理论 1989 7.黄克智 板壳理论 1987 8.郭应征;曾昭景;施孝春 有限长矩形压力容器的应力
法 1995(03) 9.孙昌功 低压矩形截面容器的设计计算 1994(03) 本文读者也读过(10条) 1. 杨卫国 矩形容器的结构优化设计[期刊论文]-广州化工2003,31(2) 2. 胡明一.何承华 矩形常压液体贮槽的强度刚度设计[期刊论文]-石油化工设计2007,24(4) 3. 赵军 加工履带板长销孔用钻模设计方法[期刊论文]-科技信息2009(18) 4. 蒋国宾.李章政.蒋玉川 矩形板一对边受分布载荷用和函数法的级数解答[期刊论文]-四川大学学报(
科 学版)2002,34(4) 5. 程玉珍.崔增林 卧式矩形压力蒸汽灭菌器裂纹原因分析[期刊论文]-质量跟踪2003,14(12) 6. 张系斌.ZHANG Xi-bin Winkler基础上矩形板在均布荷载作用下的突变分析[期刊论文]-长江大学学报A（自 然科学版）2006,3(3) 7. 储乐平.孙章权.CHU Le-ping.SUN Zhang-quan 海洋平台大型矩形常压容器的框架结构式设计方法[期刊论文 ]-压力容器2006,23(10) 8. 蒙文G Wen 非
矩形截面容器的应力分析和数值计算[期刊论文]-压力容器2006,23(4) 9. 陈玉博.李志安.戴玉龙.CHEN Yu-bo.LI Zhi-an.DAI Yu-long 内压圆筒上矩形大开孔接管三维有限元分析与 强度评定[期刊论文]-沈阳化工学院学报2007,21(4) 10. 杨翀.黄克敏.胡兆吉.张俊.潘爱民 医用高压氧舱矩形大开孔三维有限元计算和强度评定[期刊论文]-压力 容器2004,21(1) 引证文献(2条) 1.李其朋.陈国华.张瑞华 基于MATLAB的矩形截面压力容器优化设计[期刊论文]-压力容器 2008(4) 2.杨作万.陈耀坤.樊玉光.张惠芳 大体积矩形容器变形处理[期刊论文]-石油化工设备 2011(5) 本文链接：
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