第六章疲劳第一节交变应力的概念第二节疲劳的概念第三节持久极限第四节提高构件疲劳强度的措施第一节交变应力的概念一.产生交变应力的原因课本第91页啮合区轮齿受法向力P活塞杆受拉活塞杆受压1.载荷作周期性变化第一节交变应力的概念一.产生交变应力的原因课本第91页火车轮轴受外力P2.载荷不变化,但构件作周期性运动循环特征r=σmin/σmax平均应力σm=(σmin+σmax)/2应力幅度σa=(σmax–σmin)/2第一节交变应力的概念二.相关概念脉动循环r=0对称循环r=-1静应力r=1(σmin=σmax)课本第91页非对称循环可以看成静应力σm上叠加一个应力幅为σa对称循环练习题---计算rσmσa第二节疲劳的概念在交变应力作用下,疲劳破坏表现为脆性断裂,断裂前无明显的塑性变形,最大正应力低于材料的强度极限(或屈服极限)粗糙区光滑区裂纹源课本第92页疲劳失效特征同一疲劳断口,一般都有明显的光滑区域和颗粒状区域。光滑区域颗粒状区域疲劳失效原因分析初始缺陷滑移滑移带初始裂纹(微裂纹)宏观裂纹脆性断裂疲劳失效原因分析滑移带初始裂纹晶界疲劳失效概述疲劳失效实例疲劳引起的破坏疲劳极限与应力-寿命曲线疲劳试验装置第三节持久极限一.材料的持久极限σr由应力寿命曲线可知,当应力降到某一极限值时,试件经历无限次循环而不发生疲劳,称为持久极限σr(循环基数N0=107或N0=108)σmax疲劳寿命N12寿命曲线σmax1σmax2N2N1σ-1课本第93页二.影响构件持久极限的因素构件外形的影响构件尺寸的影响构件表面质量的影响第三节持久极限课本第93页Kσ=σ-1/(σ-1)Kεσ=(σ-1)d/σ-1β=(σ-1)β/σ-1三.对称循环下构件的持久极限σ-10=(βεσ/Kσ)σ-1第四节提高构件疲劳强度的措施减缓应力集中:尽量避免出现尖角,在尺寸变化处采用半径足够大的过渡圆角.降低表面粗糙度:对构件表面进行精细加工如抛光,磨光等,避免机械划痕.增加表面强度:对构件表面进行强化处理,如高频淬火,渗碳,滚压等.课本第94页交变应力的概念第六章载荷作周期性变化载荷不变化,但构件作周期性运动循环特征r=σmin/σmax(r=-1,r=0,r=1)平均应力σm=(σmin+σmax)/2应力幅度σa=(σmax–σmin)/2σmaxN12寿命曲线σmax1σmax2N2N1σ-1材料的持久极限σr化工设备设计基础第七章概述第八章内压薄壁容器设计基础第九章内压薄壁圆筒和球壳设计第十章内压容器封头的设计第十一章外压容器设计基础第十二章容器零部件筒体封头附件--接管,支座,法兰课本第96页第七章概述7.1容器的结构和分类7.2容器机械设计的基本要求7.3容器的标准化设计7.4压力容器的标准简介7.5化工容器常用金属材料的基本性能1.贮运设备----贮槽,贮罐,槽车封头人孔筒体接管,液面计支座课本第96页管法兰2.反应设备---反应釜,聚合釜,变换炉夹套电机釜体减速机封头人孔轴封装置联轴器支座搅拌轴搅拌器课本第96页设备法兰管法兰3.换热设备---热交换器,冷却器,冷凝器筒体B流体(进)管箱封头支座A流体(出)管板换热管A流体(进)B流体(出)课本第96页折流板设备法兰4.分离设备---分离器,吸收塔,干燥塔等栅板喷淋装置瓷环卸料孔封头塔体课本第96页裙座卸料孔进气孔液位计排液孔7.1容器的结构和分类1.容器的结构壳体(圆柱壳、球壳和椭球壳等)封头(端盖)附件(法兰、支座、接管,人孔和手孔等)课本第96页7.1容器的结构和分类2.容器的分类•按照容器的形状:(1)矩形容器(2)球形容器(3)圆筒形容器•按照容器的壁厚:(1)薄壁:δ/Di≤0.1或K=D0/Di≤1.2(2)厚壁课本第97页7.1容器的结构和分类2.容器的分类按照承压性质和能力:内压和外压内压:容器内部压力大于容器外部介质压力(1)常压:p0.1MPa(2)低压:0.1≤P1.6MPa(3)中压:1.6≤P10MPa(4)高压:10≤P100MPa(5)超高压容器:P≥100MPa外压:容器外部压力大于容器内部压力课本第97页7.1容器的结构和分类2.容器的分类按照壁温:(1)常温:壁温在-20~200ºC条件下工作(2)高温:壁温达到材料蠕变温度下工作(3)中温:壁温在常温和高温之间工作(4)低温:壁温低于-20ºC条件下工作,其中-40~-20ºC为浅冷容器;低于-40ºC为深冷容器课本第97页7.1容器的结构和分类2.容器的分类按照支承形式:(1)卧式容器(2)立式容器按照结构材料:(1)金属制:钢制、铸铁及有色金属容器(2)非金属制:硬聚乙烯、玻璃钢等课本第97页7.1容器的结构和分类2.容器的分类按照应用情况分类(1)反应设备(代号R):主要完成介质的物理化学反应,例如反应釜、聚合釜等(2)换热设备(代号E):主要完成介质的热量交换,例如热交换器、冷凝器等。(3)分离设备(代号S):主要用于介质的流体压力平衡和气体净化分离,例如过滤器、吸收塔等。(4)贮运设备(代号C):主要用于储存,盛装气体液体液化气体等介质,例如各种形式的贮罐、计量车、槽车等。课本第97页7.1容器的结构和分类2.容器的分类•按照管理分类:(1)一类容器:非易燃或无毒介质的低压容器易燃或有毒介质的低压分离和换热容器(2)二类容器:剧毒介质的低压容器非易燃或无毒介质的中压容器易燃或有毒介质的低压反应和贮运容器(3)三类容器:高压和超高压容器剧毒介质的低压和中压容器易燃或有毒介质的中压反应和贮运容器高压和中压管式余热锅炉中压搪玻璃压力容器课本第98页7.2容器机械设计的基本要求•基本要求:安全性和经济性(1)强度:容器抵抗外力破坏的能力。(2)刚度:指构件抵抗外力使其发生变形的能力。(3)稳定性:指容器或构件在外力作用下维持其原有形状的能力。(4)耐久性:根据设备使用年限来确定。(5)密封性:设备安全的重要保证(6)节省材料和便于制造(7)方便操作和便于运输课本第98页7.3容器的标准化设计•标准化意义:(1)成批生产、降低成本、提高竞争力(2)增加零部件的互换性,提高劳动生产力(3)合理利用资源,节约原材料(4)消除贸易障碍,提高竞争力课本第99页7.3容器的标准化设计•容器零部件的标准化参数1.公称直径(1)压力容器公称直径DN:指筒体内径;*若筒体直径太小,直接用无缝钢管制作时,容器公称直径指无缝钢管外径。(2)管子的公称直径DN:不是外径,也不是内径,而是小于管子外径的一个尺寸。(3)容器零部件的公称直径:指与它相配的筒体或管子的公称直径。课本第99页课本第100页容器零部件的标准化参数举例1)DN2000法兰:指与DN2000筒体或封头相配的法兰;2)DN200管法兰:指联结公称直径为200mm的管子用的管法兰;3)DN2000鞍座:指支撑直径为2000mm容器的鞍式支座;7.3容器的标准化设计•容器零部件的标准化参数2.公称压力概念:容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称公称压力,以Pn表示。课本第100页7.5化工容器常用金属材料的性能•力学性能•物理性能•化学性能•工艺性能•其他性能课本第101页7.5化工容器常用金属材料的性能•力学性能1)强度:固体材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的特征。强度指标有:σs,σb,σr,σDt2)塑性:金属在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。塑性指标有:δ,ψ3)韧性:材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。韧性指标有:冲击韧性,无塑性转变温度,断裂韧性4)硬度:衡量材料软硬程度的指标。硬度指标有:布氏硬度,洛氏硬度,维氏硬度5)蠕变:在高温时,在一定的应力作用下,应变随时间增加的现象。课本第101页7.5化工容器常用金属材料的性能•物理性能1)相对密度2)熔点3)热膨胀系数4)导热系数5)导电性•化学性能1)耐腐蚀性:金属和合金对周围介质的抵抗能力。2)抗氧化性:包括在高温工作条件下,自由氧的氧化腐蚀和其他介质的氧化腐蚀。课本第103页7.5化工容器常用金属材料的性能•工艺性能1)铸造性;2)可锻性;3)焊接性;4)切削加工性;5)热处理性;6)冷弯性能。•其他性能1)组织稳定性;2)抗松弛性;3)应变时效敏感性。课本第103页压力容器设计小结压力容器设计正确选材正确设计正确制造严格检验按照规范要求减少内应力减少不连续应力无损探伤保证焊缝质量材料的强度塑性韧性容器的结构和分类第七章薄壁容器厚壁容器内压容器外压容器容器的标准化设计第七章(1)压力容器公称直径DN:指筒体内径;*若筒体直径太小,直接用无缝钢管制作时,容器公称直径指无缝钢管外径。(2)管子的公称直径DN:不是外径,也不是内径,而是小于管子外径的一个尺寸。(3)容器零部件的公称直径:指与它相配的筒体或管子的公称直径。