壓力容器設計的力學基礎及其標準套用

《壓力容器設計的力學基礎及其標準套用》是2005年機械工業出版社出版的圖書，作者是李建國。

基本介紹

• 書名：壓力容器設計的力學基礎及其標準套用
• 作者：李建國
• ISBN：ISBN 7-111-13191-6
• 頁數：247頁
• 定價：28元
• 出版社：機械工業出版社
• 裝幀：平裝
• 開本：16開

基本信息

書名:壓力容器設計的力學基礎及其標準套用

出版社:機械工業出版社

定價:28

條形碼:9787111131915

ISBN:ISBN 7-111-13191-6

作者:李建國

印刷日期:2005-2-2

出版日期:2005-2-1

精裝平裝_開本_頁數:平裝16開,247頁

前言

壓力容器能否安全運行是至關重要的，在壓力容器設計中強度分析與計算占有很大比重；而在分析與計算中又涉及到許多力學知識，如材料力學、彈性力學、塑性力學、板殼理論、實驗應力分析以及有限元法等數值計算。如果讓設計人員掌握這么多內容是不現實的。有的設計與審核人員曾提出：能否出一本與壓力容器設計相關的力學書籍，把與壓力容器設計有關的力學概念、解題方法及標準套用集中起來系統講述一下，需要時拿來參考，不必再去從眾多的力學書中翻閱查尋。筆者多年來從事壓力容器的科研工作、標準編制及人員培訓、考核工作，對設計人員在力學方面有哪些不足、需要了解什麼、掌握什麼有所了解。感到比較普遍存在的問題是力學概念不清楚，似懂非懂，例如：應力是指某點的還是某地區的?凸形封頭怎么會在內壓下發生失穩?應力為什麼還要分類?靜應力在疲勞分析時要不要考慮?……對標準中的設計公式也是不知來龍去脈及力學意義，有時發生不顧使用前提的盲目套用。也有的過多地依賴計算軟體，對分析結果及出現的問題作不出確切的解釋。本書就是從壓力容器設計人員、審核人員及檢測人員的實際需要出發，對設計中涉及到的力學基礎知識、基本概念、分析方法以及標準套用結合示例作了深入淺出的論述，其中包括材料力學、彈性力學、塑性力學、板殼理論等相關內容，這些內容緊緊圍繞壓力容器設計這個主題，沒有過多考慮力學本身的系統性與完備性。如果讀者想進一步了解相關內容，本書也列出了參考文獻供讀者查閱。

力學與數學聯繫最為緊密，許多力學概念只有通過數學語言才能確切地表達出來，比如應力的概念。但許多設計人員對力學中的大量公式與符號有些望而生畏，不願觸及，停留在感性認識的層面上，對壓力容器的許多力學現象和出現的某些問題喜歡採用直觀直覺的自圓其說來分析，也不管在力學上有無依據，這是不科學的、也是不可靠的。實際上，容器中所涉及的數學問題對設計人員來說應沒有原則上的困難，但本書在涉及到數學內容較多的問題時，如板殼問題的求解，儘量採取最簡捷的方法給出結果或給出解決問題的方法與思路，把數學推演降到最低限度。筆者也不願意讓大量的數學推演沖淡了讀者對概念的理解。

壓力容器的設計觀念不斷變化與更新，分析設計已成為國際上壓力容器設計的趨勢，壓力容器分析設計在國內外的使用越來越廣泛。分析設計比常規設計涉及了更多的力學知識、更多的新概念，如：極限分析、棘輪現象、安定性、等效線性化處理等等，諸如此類的概念如果搞不清，使用起相應的標準就比較困難，甚至看不懂某些條文在說什麼。本書系統地介紹了壓力容器分析設計(包括疲勞設計)的基礎知識。許多內容是筆者主編JB4732分析設計標準過程中的心得，也有的內容是對多年來在宣貫標準、培訓與考核工作中大家所提次數較多問題的解釋。因此，希望通過本書能對讀者在使用分析設計標準時有所幫助。

為適應形勢需要和提高從業人員的水平，我國對壓力容器設計人員與審核人員的執業資格認證工作也進行了改革，無論是取常規設計或是分析設計人資格、審核人資格都要參加國家質量技術監督部門的統一考試。力學基礎知識也是統考內容的一部分，因此，不掌握一定深度與廣度的力學知識也是很難在統考中勝出的。本書每章後面都給出了思考題，用以幫助讀者檢驗自己的力學知識掌握的程度，答案都在本書正文之中。

本書在論述過程中，舉出許多示例，這些例子是作為說明概念和展示解決問題的方法所用，不能作為設計依據或替代標準中的相關內容。

限於時間和水平，不當之處敬希讀者不吝指正。

作者

2003年7月北京

目錄

前言

第1章 緒論1

1．1 變形固體與變形固體力學的基本假定1

1．2 外力與內力、截面法3

1．3應力的概念5

1．4位移與變形6

思考題8

第2章 拉伸與壓縮9

2．1 軸力與截面上的應力9

2．2 本構關係與彈性模量、泊松比 10

2．3 圓形薄壁壓力容器中的應力 11

2．4 變形位能與虛位移原理 11

2．4．1 變形位能11

2．4．2 虛位移原理12

2．5 靜定與靜不定的概念 14

2．6 材料的力學性質 16

2．6．1 應力--應變關係曲線16

2．6．2 斷後伸長率與斷面收縮率17

2．6．3 冷作硬化18

2．7 壓力容器中的蠕變與應力鬆弛 18

2．8 許用應力法與極限載荷法 19

2．8．1 許用應力與安全係數19

2．8．2極限載荷設計法20

思考題 21

第3章 剪下與扭轉22

3．1 剪下 22

3．1．1 基本概念22

3．1．2 鉚接計算23

3．1．3 剪應力互等定理23

3．2 扭轉及圓截面軸在扭轉時的應力與變形 24

3．2．1 扭轉的概念24

3．2．2 圓軸扭轉時的應力與變形24

3．2．3 圓軸扭轉時的強度與剛度26

3．2．4 示例27

思考題 28

第4章 彎曲29

4．1 彎曲時的內力與應力 29

4．1．1 梁的支座與反力29

4．1．2 彎矩與剪力30

4．1．3 彎矩、剪力與分布載荷集度間的關係31

4．1．4 彎曲時的正應力32

4．1．5 彎曲時的剪應力34

4．1．6強度條件34

4．2 彎曲時的變形 35

4．2．1 梁的撓曲線35

4．2．2 梁的撓度與轉角36

4．3 彈性基礎梁 5g

4．4 梁彎曲在容器設計中的套用 40

4．4．1 波形膨脹節40

4．4．2臥式容器42

4．5 疊加原理的套用 44

思考題 45

第5章 應力狀態與強度理論46

5．1 一點的應力狀態 46

5．1．1 應力狀態的確定46

5．1．2 應力張量的分解與不變數49

5．2 主應力與應力強度 51

5．2．1 主應力與主方向51

5．2．2應力強度52

5．3 強度理論 53

5．3．1 強度理論的概念55

5．3．2 四個強度理論54

思考題 56

第6章 彈性力學與塑性力學基礎58

6．1 彈性力學概論 58

6．1．1 極坐標下的平面問題59

6．1．2 彈性力學的基本方程與解法62

6．1．3 彈性力學在容器中的套用66

6．1．4 軸對稱問題73

6．2 塑性力學基礎 80

6．2．1 塑性力學的特點80

6．2．2 增量理論與全量理論81

6．2．3屈服條件83

6．2．4載入與卸載84

6．3 塑性失效準則的容器簡體設計公式85

6．4 厚壁壓力容器的自增強 88

6．5 極限分析原理及在壓力容器中的套用 90

6．5．1 解決塑性問題的兩種途徑90

6．5．2 極限分析的基本假設與特點91

6．5．3 塑性鉸92

6．5．4 求極限載荷的一般方法94

6．5．5 極限載荷的實驗測定97

6．5．6 極限分析在壓力容器設計中

的套用99

思考題101

第7章 板殼理論基礎103

7．1 板和殼的特點與基本假定103

7．2 軸對稱載荷下的圓平板104

7．2．1 平衡方程105

7．2．2 幾何關係106

7．2．3 撓度與應力、彎矩的關係106

7．2．4 軸對稱載荷下圓板的微分方程107

7．2．5 軸對稱載荷下圓板的解107

7．3 壓力容器可拆卸平封頭的計算109

7．4 受軸對稱載荷的環板111

7．5 旋轉殼體的薄膜理論113

7．5．1 殼體與平板受力比較113

7．5．2 曲面的幾何知識113

7．5．3 殼體中的內力114

7．5．4 無矩應力狀態及其存在條件115

7．5．5 壓力容器封頭的薄膜應力118

7．5．6 球形容器的薄膜應力122

7．6 旋轉殼的彎曲理論與邊緣效應問題123

7．6．1 邊緣效應的概念123

7．6．2 軸對稱載荷下的圓柱殼的彎曲124

7．6．3 圓筒體與平封頭連線時的邊緣應力128

7．6．4 圓筒體與其他封頭相連時的邊緣應力132

7．6．5 球殼開孔接管問題133

思考題136

第8章 穩定性問題138

8．1 基本概念138

8．2 壓桿的穩定性與臨界載荷計算140

8．2．1 壓桿的穩定性與歐拉公式140

8．2．2 出現塑性變形的情況141

8．2．3 歐拉公式適用範圍142

8．2．4 穩定性條件143

8．3 外壓作用下圓筒的穩定性144

8．4 外壓容器設計147

思考題151

第9章 應力分析方法153

9．1 解析方法153

9．1．1 精確解153

9．1．2 近似解155

9．2 數值方法156

9．2．1 差分法156

9．2．2 有限元法156

9．3 實驗應力分析164

9．3．1 電測法原理164

9．3．2 現場測試的一些問題165

思考題169

第10章 壓力容器的分析設計170

10．1 常規設計與分析設計170

10．2 分析設計的基本方法174

10．2．1 塑性理論在分析設計中的套用175

10．2．2 安定性問題175

10．2．3 低周疲勞與棘輪現象180

10．3 應力分類184

10．3．1 概述184

10．3．2 分類依據185

10．3．3 一次應力(primarystress) 186

10．3．4 二次應力(secondaryStress) 188

10．3．5 峰值應力(peakstress) 189

10．3．6 示例194

10．4 各類應力的確定195

10．4．1 等效線性化方法195

10．4．2 一次結構法197

10．5應力強度評定200

10．5．1 應力強度計算201

10．5．2 各類應力強度的評定202

10．6 分析設計中需要說明的幾個問題204

10．6．1 分析設計的計算公式與曲線204

10．6．2應力分析的免除205

10．6．3 塑性分析的套用206

10．6．4 分析設計過程的提示206

10．7 示例207

思考題210

第11章 壓力容器的疲勞分析212

11．1 概述212

11．2 循環的基本特性213

11．3 高周疲勞與低周疲勞214

11．3．1 高周疲勞215

11．3．2 低周疲勞215

11．3．3 平均應力的影響217

11．3．4 應力集中的影響220

11．3．5 應力指數222

11．4 累積損傷224

11．5 壓力容器的疲勞設計226

11．5．1 容器是否要進行疲勞分析的規定227

11．5．2 疲勞分析229

11．6 容器接管對疲勞的影響232

11．7 提高疲勞壽命的一些措施234

11．8 綜合例題234

思考題244

參考文獻246