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目录1

第一篇 理论基础1

1、弹塑性力学基础1

1.1轴对称平面问题的基本方程3

1.1.1轴对称问题的基本方程3

1.1.2平面问题7

1.1.3轴对称平面问题的基本方程9

1.2球对称问题的基本方程11

1.3弹性力学的解法举例12

1.3.1轴对称平面问题的求解12

1.3.2球对称问题的求解24

1.3.3圆柱壳和球壳分别在轴对称和球对称温度场中的温差应力25

1.3.4矩形截面圆环由沿其中心线均布的力偶而引起的扭转30

1.4塑性力学概述33

1.4.1金属材料的应力－应变曲线34

1.4.2应力－应变曲线的简化模型36

1.4.3屈服条件39

1.4.4加载定理与卸载定理43

2、板壳理论基础45

2.1平板理论45

2.1.1基本假设46

2.1.2受轴对称载荷圆形薄板的弯曲微分方程及其求解47

2.1.3受轴对称载荷的环板57

2.1.4矩形薄板63

2.2.1概述64

2.2回转薄壳理论64

2.2.2薄壁回转壳体本的无力矩理论66

2.2.3无力矩理论在几种典型薄壁回转壳体中的应用73

2.2.4薄壁圆柱壳的有力矩理论和边缘问题83

第二篇 钢制压力容器设计公式来源和制造、检验规定的制订依据108

3、压力容器设计中的一般问题108

3.1压力容器的应力分类简述109

3.1.1一次应力111

3.1.2二次应力（符号Q）112

3.1.3峰值应力（符号F）112

3.2.1失效准则113

3.2压力容器的失效准则和破坏方式113

3.2.2破坏方式117

3.3压力容器设计综述及某些设计参数的确定119

3.3.1设计压力、设计温度及试验压力121

3.3.2厚度及厚度附加量126

3.3.3许用应力与安全系数127

3.3.4焊缝分类和焊缝系数129

3.4应力分析对压力容器结构设计及制造要求的启示137

4、内压圆筒和封头设计141

4.1内压圆筒和内压球壳设计141

4.1.1内压圆筒141

41.2内压球壳145

4.1.3内压圆筒和球壳设计中温差应力的考虑146

4.2压封头设计151

4.2.1椭圆形封头152

4.2.2碟形封头154

4.2.3无拆边球形封头156

4.2.4锥形封头159

4.2.5平盖174

5、外压圆筒和封头设计180

5.1外压容器的失效和受载方式180

5.2薄壁壳体的稳定性计算182

5.2.1薄壁圆筒的周向稳定性计算182

5.2.3薄壁圆筒在承受轴向压缩载荷时的稳定性计算184

5.2.2薄壁球壳在外压作用时的稳定性计算184

5.3外压圆筒设计185

5.3.1外压圆筒的周向失稳186

5.3.2圆筒许用轴向压缩应力191

5.4外压封头设计192

5.4.1凸形封头（包括半球形、椭圆形、碟形、无折边球形封头）192

5.4.2锥形封头194

5.5加强圈设计195

5.5.1设置加强圈的作用和所需要考虑的问题195

5.5.2圆筒上的加强圈设计196

5.5.3锥体与圆筒连接处的加强圈设计199

5.5.4加强圈结构209

5.6.1稳定性分析210

5.6厚壁外压圆筒设计210

5.6.2强度分析212

5.7外压圆筒的允许制造公差和试压要求213

5.8总结215

5.9外压容器设计中的其他问题218

5.9.1关于外压容器算图和由此面引起的圆筒形容器轴向许用压缩应力以及加强圈设计的偏差218

5.9.2关于作用有附加轴向压缩载荷时的外压容器设计221

5.9.3关于外压容器设计中焊缝系数的选取和焊缝质量的检查223

6、开孔和开孔补强设计226

6.1开孔及其补强的理论依据226

6.1.1孔边的应力集中现象226

6.1.2补强设计准则228

6.2.1限制条件231

6.2等面积补强设计231

6.2.2等面积补强计算234

6.3开孔补强设计的另一方法——弹塑性失效补强法243

6.3.1限制条件243

6.3.2弹塑性失效补强计算245

6.4开孔补强结构的合理形式247

6.5开孔补强设计中的其他问题249

6.5.1关于应力校正系数F249

6.5.2关于椭圆孔或长圆孔的补强设计方法252

6.5.3关于在椭圆形和碟形封头上采用等面积补强设计时开孔位置的限制252

6.5.4关于计算由于开孔而削弱的承载截面积A和计算在壳体上除承受载荷所必需之外的多余截面积A1时对壳体焊缝系数φ的考虑254

6.5.5圆筒和封头上装有非径向接管时的补强计算255

6.5.6关于在焊缝及其附近的开孔以及相应措施256

7、法兰设计257

7.1密封设计257

7.1.1密封原理257

7.1.2法兰结构260

7.1.3垫片选择264

7.1.4密封计算264

7.2法兰设计计算274

7.2.1铁木辛柯法275

7.2.2华脱尔斯法281

7.2.3宽面法兰计算296

7.3带法兰的凸形封头设计298

7.3.1类型a300

7.3.2类型b300

7.3.3类型c302

7.3.4类型d305

7.4反向法兰和平盖中心开孔直径d>1/2D1时的平盖设计310

7.4.1反向法兰310

7.4.2平盖中心开孔直径d>1/2D1时的平盖设计320

7.4.3关于反向法兰和中央无接管开大孔平盖之间相互关系的分析331

8、卧式容器和立式容器设计336

8.1卧式容器及鞍式支座设计336

8.1.1结构分析337

8.1.2载荷分析337

8.1.3各处应力计算及强度校核341

8.1.4用座圈支承的卧式容器363

8.1.5双鞍座卧式容器上各项应力的汇总365

8.2立式容器及裙式支座设计365

8.2.1结构分析370

8.2.2载荷分析370

8.2.3直立容器自振周期和振型介绍372

8.2.4直立容器所受各项载荷的计算374

8.2.5不同工况时各种载荷的组合和容器的应力校核条件381

8.2.6不同工况下裙座的应力校核及裙座设计382

8.3有关卧式容器和立式容器设计中的其他问题392

8.3.1三鞍座卧式容器的设计392

8.3.2有关直立容器设计的一些问题393

9、非圆形截面容器设计395

9.1非圆形截面容器的结构分析395

9.1.1结构类型395

9.1.2焊缝399

9.1.3开孔和对开孔后引起削弱的考虑400

9.1.4载荷401

9.2非圆形截面容器的设计原理401

9.2.1两端封头对侧板的加强作用403

9.2.2设置加强件的有关问题405

9.2.3应力校核条件410

9.2.4焊缝系数φ和开孔削弱系数η411

9.3.1无过渡圆弧、无加强件和拉撑的对称矩形截面容器412

9.3非圆形截面容器的设计公式412

9.3.2无过渡圆弧、有外加强件的对称矩形截面容器418

9.4非圆形截面容器设计中的其他问题421

10、U形膨胀节设计422

10.1要否设置膨胀节的判断423

10.2U形膨胀节的应力计算425

10.2.1U形膨胀节结构425

10.2.2应力计算与校核425

10.2.3膨胀节的稳定性校核437

10.3ASMEⅧ—1对膨胀节设计的有关规定440

10.3.1未经加强的膨胀节设计440

10.3.2经加强的膨胀节设计441

10.4对膨胀节设计中有关问题的讨论443

11、高压密封设计446

11.1平垫密封446

11.2双锥密封450

11.2.1主螺栓设计452

11.2.2平盖设计456

11.2.3筒体端部456

11.3伍德密封457

11.3.1密封计算458

11.3.2元件的强度校核459

11.4卡扎里密封470

11.4.1载荷分析471

11.4.2元件的强度校核473

11.5八角垫和椭圆垫密封481

11.6卡箍紧固结构482

11.6.1密封计算482

11.6.2元件的强度校核483

11.7ASMEⅧ—1对卡箍连接件的设计491

11.7.1卡箍连接件的受载分析491

11.7.2高颈和卡箍的应力分析和强度校核498

12、制造、检验和某些结构规定的有关问题503

12.1压力容器用钢的基本出发点503

12.2制造要求及某些结构规定的依据504

12.2.1焊缝的咬边和余高值控制504

12.2.2对接焊缝中心线偏移或错边量的控制506

12.2.3冷热加工成形后的热处理要求507

12.2.4在钢板上截取试样和由钢板制造受压元件时的取向问题509

12.2.5对低温压力容器选材、结构设计和制造的特殊考虑510

12.2.6焊缝分类513

12.2.7不同厚度板材对接焊时削薄过渡斜度要求的制订依据513

12.3压力容器的某些检验和试验要求的制订依据516

12.3.1多层容器层板的贴合要求516

12.3.2关于内外压容器筒体的不圆度、筒体实际形状与正圆形之间的最大正负偏差值的测量与控制524

12.3.3关于内压和外压封头有关偏差值的测量与控制534

12.3.4容器的压力试验536

12.3.5冲击试验和对冲击功的要求538

参考文献545