静设备
石油化工设备技术，2017，38（1）·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（上）
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—8805.2017.01.001
压力容器是一种广泛应用于各个行业的特种设备，它是一种典型的板壳结构。压力容器的结构强度极为重要。
组成压力容器的各个部件称为受压元件，它的强度计算公式都是基于板壳理论由弹性分析方法推导得到。板壳理论公式推导过程复杂。
本文为广产大压力容器设计人员深人理解掌
握受压元件计算公式和方法，以简明直观的材粒力学知识为基础，对各种受压元件进行以变形为基础的定性受力分析来代替运用复杂理论公式的力学分析，避免繁复穴长的特殊函数所表述的计算公式推导，达到简洁地阐明各种受压元件的计算原理、应力分布特点、控制准则和设计要点11 1压力容器的构成
压力容器是典型的板壳结构，由壳体和圆平板两大类部件组成【2】。
其中壳体元件有：圆筒-圆柱壳；球形封头-球
壳：椭圆封头椭员壳：碟形封头-球壳与环壳组合；锥形封头-锥壳；锥形封头大端加强段；锥形封头小端加强段；球冠形封头-球壳与圆筒组合。关于壳体元件的计算列入在GB150中
圆平板元件有：平封头-圆平板；开小孔圆平板-环形板；开大孔圆平板（法兰环）-环；固定管板等-弹性基础圆平板。关于圆平板的计算列人在 GB150俩方数据弹性基础圆平板的计算列入在
GB/T 151 中。 2壳体元件
2.1壳体元件的应力与强度【2] 2.1.1总体薄膜应力
壳体是一种厚度相比直径很小的薄壁构件，在压力载荷作用下，主要以沿厚度均匀分布的应力一一称薄膜应力来承载即平衡压力的作用。由
收稿日期：2016-09-28。
作者简介：桑如苞，男，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GB 151管板计算原理，解决八种特殊管板的计算方法；③补充完善美国ASME的大开孔单弯矩计算方法，提出正确合理的双弯矩模型的大开孔计算方法（计算精度达到有限元分析水平）；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，部级奖了项。发表创建性论文90余篇，合作专著多部，1999年载人
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