静设备
石油化工设备技术，2017，38（2）·1· Petro-Chemical Equipment Technology
板壳理论在压力容器强度设计中的
经典应用之二
一八种压力容器壳体的强度计算方法分析（下）
桑如苞，夏少青，闫东升
（中国石化工程建设有限公司，北京100101）
摘要：GB150和GB/T151是关于压力容器设计、制造等方面的两个主导标准，其中列入了8种受压壳体和4种管板的计算方法。这些元件的计算公式都是基于板壳理论弹性分析推导所得，由于涉及较复杂的数学及力学知识，使广大压力容器设计人员对此不便深入学习理解。文章深入浅出地以材料力学为基础，以结构变形与应力的关系全面诠释上述各元件由板壳理论弹性分析所得的计算公式、应力分布规律和设计计算要点，使设计者便捷地深入掌握理解各元件的计算方法和要点，有效提升设计技术水平。
关键词：压力容器强度设计板壳理论 doi:10.3969/j.issn.1006—8805.2017.02.001
1壳体元件计算 1.1碟形封头
碟形封头是由球冠和环壳构成的组合壳，它的形状与椭球壳相近，而且碟形封头加压后它的形状趋变成椭圆封头，因此它们的变形特征相同，内压作用下趋圆，外压作用下趋扁，为此同样存在内压下环壳部分有周向失稳的同题，外压下环壳不存在稳定同题，碟形封头的外压稳定只针对球冠部分进行校核。
碟形封头虽形状与椭圆封头相近，但其受力有很大不同。特别是它的应力分析比椭封要复杂。椭圆封头的受力分析只有一个不连续部位（椭球壳与圆简连接），为此只在一个连接边界上存在一对未知边界力（剪力和弯矩），而碟形封头的受力分析中存在两个不连续部位：一是球冠与环壳的连接处，一是环壳与圆筒连接处，两处各存在一对未知边界（剪力和弯矩），为此分析更为复杂[11。关于碟形封头的球冠与环壳连接部位的应力分析是由瑞斯（C.O.Rhys）提出的t)。对环壳与圆筒连接部位的应力分析是由柯特斯（Coates）提出的21。但由于实际上述两不连续部位相距不远，其应力是互相耦合的。为此他们两人所作的分析应力是不连续的。荷恩（E.Hohn）对碟形封头的应变以测量方法进行了大量研究，试验发现2}，碟肺数崛压后，球形部分向外膨胀，环壳
过渡区变得扁平，外形轮廓变成更为椭圆。由于过渡区产生塑性变形的结果，使封头应力重新分布而强度更好，但由于塑性变形使弹性分析方法不能适用。因此需要通过容器受内压时的试验加上观察封头的失效来建立经验式，以供设计封头之用。
荷恩分析了一系列碟形封头的一切可靠的试收稿日期：2016-09-28。
作者简介：桑如苞，男，从事压力容器设计50年，我国压力容器国家标准体系GB150等的开创编制人之一，在压力容器强度计算与应力分析方面的重要建树有：①指出西德和荷兰凸缘法兰计算方法的重大错误，提出合理计算方法，为西德国家检验局（TUV)所承认：②科学论证原苏联及西德薄管板计算方法的重大间题，证实我国管板计算方法（GB151) 正确合理性。在以上基础上，提出以塑性设计与弹性分析相结合的管板计算新思路，得到比GB151更为经济合理的设计结果，变通应用GB151管板计算原理，解决八种特殊管板的计算方法；③揭示关国ASME大开孔单弯矩计算方法的缺失，提出正确合理的双弯矩模型大开孔计算方法（计算结果与有限元分析相符）；④应用一次结构法原理全面解决了球罐，塔、换热器等容器有限元应力分析结果的科学合理评定，解决了国内外压力容器有限元分析结果的盲目评定间题①对Waters法兰计算方法提出一整套优化设计方法，具有重要经济价值，被广泛应用于压力容器法兰》标准中。获国家级、部级奖7项。发表创建性论文90余篇，合作专著
多部，1999年载入中国专家大词典》，电话：010-64899761，