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第一篇 按规则设计 1

第一章 弹塑性力学及板壳理论基础 1

第一节 弹性力学基础 1

一、线弹性力学基本方程 2

二、弹性力学解题方法简述 13

三、弹性力学的解法举例 17

第二节 塑性力学概述 30

一、金属材料的应力-应变曲线 30

二、应力-应变曲线的简化模型 32

三、屈服条件 34

四、加载定理与卸载定理 36

第三节 平板理论 37

一、基本假设 37

二、受轴对称载荷作用的圆板弯曲微分方程 38

三、受均布载荷作用的圆板 43

四、圆板受均布载荷作用时的应用分布 45

五、中央受集中力作用的圆板 46

六、受轴对称载荷作用的环板计算公式 48

第四节 壳体理论 50

一、概述 50

二、回转薄壳的无力矩理论 51

三、圆柱壳的有力矩理论 61

第二章 压力容器设计中的一般问题 80

第一节 压力容器设计概述 80

一、压力容器的分类 80

二、压力容器的失效准则及破坏方式 80

三、压力容器设计概述 84

第二节 压力容器设计中有关的几个参量 86

一、设计压力、设计温度和试验压力 86

二、壁厚附加量 88

三、最小壁厚 88

四、许用应力和安全系数 89

五、焊缝系数 90

六、压力试验 91

第三节 压力容器用钢材选择 91

一、压力容器用钢的基本要求 91

二、压力容器用钢的特殊要求 93

第三章 筒体和封头设计 94

第一节 内压筒体设计 94

一、在内压作用下的中低压筒体设计 94

二、在内压作用下的高压筒体设计 94

第二节 内压封头设计 115

一、半球形封头 115

二、碟形封头 116

三、椭圆形封头 116

四、锥形封头 117

五、无折边球形封头 120

六、平封头 121

七、带法兰的无折边球形封头 122

第三节 外压筒体和封头设计 125

一、外压容器和封头的失效方式 125

二、薄壁壳体的稳定性计算 126

三、外压筒体的设计计算 129

四、外压封头的设计 137

五、加强圈设计 138

第四节 非圆形截面容器设计 142

一、设计原理与基本公式 142

二、减弱系数E的计算 145

三、设计准则 146

四、算例 147

第四章 法兰设计与开孔补强 149

第一节 法兰设计 149

一、引言 149

二、法兰的密封设计 149

三、法兰的强度设计 154

四、外压法兰设计 167

第二节 开孔与补强 168

一、开孔应力集中 168

二、应力集中系数和计算 170

三、开孔补强的设计 173

第五章 卧式容器和立式高容器设计 186

第一节 概述 186

第二节 卧式容器和鞍座设计 186

一、受载分析 187

二、应力计算和强度校核 191

第三节 塔体和裙座的强度计算 211

一、塔体和裙座的受载分析 211

二、自振周期及振型简介 212

三、塔器所承受的各项载荷计算 214

四、塔体壁厚校核 220

五、裙座设计和强度校核 223

六、其它有关问题 227

第六章 列管式换热器设计 229

第一节 管板计算概述 229

一、管板和圆平板的主要区别 229

二、影响管板强度和刚度和主要因素 230

三、以米勒法为基础的管板计算方法的主要假设 230

第二节 以米勒法为基础的管板计算 230

一、固定管板式(包括带膨胀节的固定管板式)换热器的管板、管束和壳体的应力计算 230

二、浮头式换热器管板、管束的应力计算 245

三、U形管式换热器管板的应力计算 246

第三节 TEMA标准的管板计算原理 249

一、管板计算公式 249

二、固定管板式换热器管板计算的理论分析 250

三、TEMA标准的固定管板式换热器管板有效设计静压力的求取 252

四、壳体轴向应力和管子轴向应力和求取 260

第四节 我国管板设计规定简介 261

第五节 U形膨胀节的强度校核 263

一、要否设置膨胀节的判断 263

二、膨胀节的强度校核 264

三、膨胀节轴向伸缩量的求取 268

第七章 高压密封设计 269

第一节 高压密封的设计计算 269

一、平垫密封 269

二、双锥密封 270

三、伍德(Uhde)式密封 274

四、卡扎里(Casale)密封 275

五、楔形密封 277

六、C形环密封 278

第二节 筒体端部的强度计算 279

一、平垫密封的筒体端部 280

二、伍德式密封的筒体端部 281

三、卡扎里密封的筒体端部 284

四、C形环密封的筒体端部 286

第三节 高压平盖的强度校核 287

一、巴赫法 287

二、ASME应力法 289

第八章 局部应力的计算 290

第一节 圆柱壳上局部载荷引起的应力 290

一、圆柱壳的一般方程 290

二、皮拉特对唐奈尔方程的修正和一般解法 293

第二节 圆柱壳局部应力的计算 295

一、BS 5500的计算方法 295

二、焊接研究协会(WRC)的计算方法 299

第三节 球形容器或封头上接管局部载荷的弹性应力计算 307

一、最大应力的计算 307

二、联合载荷下的应力 308

第二篇 按分析设计 311

第九章 应力分析设计 311

第一节 应力分析设计规范的由来 311

第二节 按分析设计规范的主要特点 316

第三节 按规则设计和按分析设计在应力限制条件上的主要区别 321

第四节 应力分类 329

第五节 对应力强度限制条件的分析 336

第六节 对Pb及Pm(PL)+Pb应力强度限制于1.5〔σ〕的理论分析--极限载荷设计 339

第七节 对Pm(PL)+Pb+Q应力强度限制于3〔σ〕的分析--安定性概念 344

第八节 按分析设计规范的选用 345

第九节 某些边缘问题的求解举例 348

一、圆柱壳体与非绝对刚性平板相连接的求解简述 348

二、相同直径和材料、但壁厚不同的筒体相连接时的解法简述 349

三、由不同材料所构成直径和壁厚相同的筒体(或接管)，当运行温度高于焊接装配时的环境温度时的解法简述 350

四、筒体和不同材料接管相连接时的解法简述 351

五、筒体和不同材料的接管相连接，接管焊口远离筒身处时的解法简述 353

六、筒体和不同厚度的球形封头相连接时的解法简述 353

七、沿筒体轴线方向存在温度梯度时的不连续应力计算 355

八、筒体和圆环连接，在外力矩Mt(=？)作用而无内压时解法简述 355

九、筒体上放置强环，加强环之间的距离大于5？，即两个不连续连接不产生耦合时解法简述 356

第十章 压力容器的低循环疲劳设计基础 358

第一节 疲劳问题发展的回顾 358

第二节 金属在交变载荷下的行为和疲劳裂纹的起因 359

一、软钢在宏观弹性范围内的拉压循环试验--包辛锷效应 360

二、无缺陷试件的疲劳裂纹起因 363

三、高应力(应变)低循环的疲劳裂纹起因 365

第三节 金属材料的循环硬化和循环软化 366

第四节 变形型失效 368

一、热应力棘齿作用的机理分析 368

二、三杆模型的热应力棘齿作用及其限制条件 370

三、筒体在稳定内压及内外壁循环温差作用下的热应力棘齿作用及其限制条件 374

四、ASME规范Ⅶ-2对筒体中热应力棘齿作用的限制 376

第五节 疲劳机理简述 377

第六节 疲劳曲线 380

一、交变载荷下的应力-时间曲线 380

二、高循环疲劳曲线 381

三、低循环疲劳曲线 383

第七节 影响低循环疲劳性能的因素 387

一、载荷类型的影响 388

二、尺寸效应和应力梯度的影响 388

三、表面粗糙度和表面情况的影响 388

四、应力集中系数和疲劳强度减弱系数 391

五、平均应力的影响 396

六、疲劳过程中的积累损伤 406

七、影响低循环疲劳性能的其它因素 408

第八节 低循环疲劳塑性分析中泊松系数的修正 409

第十一章 疲劳设计规范介绍 412

第一节 要否进行疲劳设计的判断 412

一、ASME规范的判断条件A 414

二、ASME规范的判断条件B 417

三、BS5500的判断条件以及我国正在制订中的规范的考虑 420

第二节 疲劳设计规范的主要内容及其制订依据 420

一、容器设计的Sa-Nf曲线 420

二、螺栓设计的Sa-Nf曲线 423

三、应力集中系数和疲劳强度减弱系数 424

第三节 应力分析设计和疲劳设计的主要步骤 436

第四节 法兰联接螺栓的载荷计算 437

一、预加载荷和联接刚度对螺栓载荷的影响 437

二、降低螺栓疲劳失效的措施 440

第五节 应力分析设计和疲劳分析设计举例 443

第十二章 疲劳设计中的其它问题 450

第一节 疲劳和蠕变的交互作用 450

一、引言 450

二、金属材料在疲劳和蠕变共同作用时的行为特征 450

三、疲劳寿命的预测 454

第二节 疲劳裂纹扩展与断裂 461

一、断裂力学的基本概念 461

二、线弹性断裂力学简介 463

三、线弹性断裂力学应用的局限性 465

四、线弹性断裂力学的塑性区及其修正 466

五、当为非无限大平板的穿透性或非穿透性裂纹时，应力场强度因子KI的表达式 468

六、弹塑性断裂力学简单介绍 471

七、断裂力学在疲劳裂纹扩展中的应用 473

第三节 安全寿命设计与破损安全设计的关系 480

一、两种设计准则的理论基础和适用范围 480

二、两种设计准则之间的某些关系 482

三、安全寿命设计和破损安全设计的选用 483

参考文献 485