压力容器及过程设备教案(08)(3)

《压力容器及过程设备》教案 武汉工程大学机电工程学院

3. 外压短圆筒临界压力计算公式的推导。

第九讲：2.5壳体的稳定性分析(二)；2.6典型局部应力 1. 应力集中系数法。

五、授课方式与主要教学手段

1. 授课方式以课堂讲授为主，辅助校内结构实习基地现场了解设备的特殊结构。多媒体教学，配合动画、录像介绍失稳、密封泄露等现象。公式推导以板书为主。

六、授课思路与教学过程

1. 本门课程是过程装备与控制工程专业独有的，而本章是这门课程的核心和理论基础，是最重要的一章。本章的特点是：概念多，公式推导多。有些内容要反复强调。概念要讲清楚，重要公式的推导、各项的物理意义以及应用条件需要讲明白。本章安排的学时多，作业多，考试试卷中所占的分量也最多。

第一讲：2.1 载荷分析；2.2 回转薄壳应力分析（一）

1. 强调回转薄壳的本质特点在于厚度和其它几何尺寸的关系。通过回忆材料力学所经常采用的截面法引导学生分析圆筒的应力。回转薄壳的几何概念通过模型和动画加以解释。

第二讲：2.2 回转薄壳应力分析（二）

1. 强调力、力矩都是内力分量；无力矩的本质是内力距小，而可以忽略，不是真正的无力矩。无力矩理论的基本方程通过板书推导，以帮助学生理解。

第三讲：2.2 回转薄壳应力分析（三）

1. 通过讲授承受气体压力的椭球形壳体的应力分布特点，引入标准椭球形封头的概念和优点。受内压的容器也可能出现压应力是容易被忽视的问题。这种情况讲授椭球形壳体的应力时要予以强调。

第四讲：2.2 回转薄壳应力分析（四）

1. 几何不连续对学生是一个新的概念，通过不连续的容器结构，帮助学生理解各种不连续的概念。有力矩理论公式推导比较复杂，烦琐。先讲清楚推导思路，再板书推导。不连续所产生的边缘应力的“局限性”和“自限性”的理论根据、现象、以及在工程上的应对方法，

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结合公式和工程结构讲授。

第五讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析（一）

1. 内压厚壁圆筒中三向应力的计算先讲清楚推导思路，再板书推导。三向应力分布情况通过电子图片展示并讲解。

第六讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(二)

1. 弹塑性区的应力分布通过电子图片展示并讲解。介绍工程上常用的提高屈服承载能力的方法。“自增强”的理论依据结合应力公式讲授。

第七讲：2.4 平板应力分析

1. 圆平板对称弯曲微分方程先讲清楚推导思路，再板书推导。分析模型通过多媒体动画介绍其结构和受力。由圆平板对称弯曲微分方程，在给定载荷分布和边界条件的情况下，推出周边固支和简支两种情况下的平板应力特点。结合工程实际，介绍什么样的连接可以简化为固支或简直。对固支和简支两种情况的应力分布特点进行比较讲授，以便学生理解和记忆。

第八讲：2.5壳体的稳定性分析(一)

1. 由压杆的失稳导入到外压壳体的失稳，对于稳定性的概念，几乎所有的参考书表述不正确或不准确，要特别强调。通过外压圆环临界压力的计算公式推导出长圆筒的临界压力的计算公式。动画显示外压圆筒失稳的过程。

第九讲：2.5壳体的稳定性分析(二)；2.6典型局部应力

1. 由外压圆筒的临界压力的计算公式导入外压半球壳、 碟形壳、椭球壳、锥壳的临界压力的计算公式。这些公式不推导。介绍外压半球壳临界压力理论值和实验值的差别，讲明原因。进而导出缺陷对外压壳体稳定性的影响。由边缘应力的概念导入局部应力。介绍局部应力的求解思路和各种方案。

七、教学时间分配

第一讲：2.1 载荷分析；2.2 回转薄壳应力分析（一） 1. 2. 3.

压力载荷：15分钟； 非压力载荷：15 分钟； 载荷工况：20 分钟；

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4. 薄壁圆筒的应力：20 分钟； 5. 回转薄壳的几何要素：15 分钟； 6. 无力矩理论与有力矩理论：15 分钟。

第二讲：2.2 回转薄壳应力分析（二） 1. 2. 3. 4. 5.

第三讲：2.2 回转薄壳应力分析（三） 1. 承受气体压力的回转薄壳:50分钟; 2. 储存液体压力的回转薄壳: 40分钟; 3. 无力矩理论应用条件:5分钟； 4. 小结：5分钟。

第四讲：2.2 回转薄壳应力分析（四）

1. 不连续效应与不连续分析的基本方法：40分钟； 2. 圆柱壳受边缘力和边缘力矩作用的弯曲解：30分钟； 3. 一般回转壳受边缘力和边缘力矩的求解思路介绍： 5分钟； 4. 组合壳不连续应力的计算举例：10分钟； 5. 不连续应力的特性10分钟； 6. 小结：5分钟。

第五讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(一) 1. 压力载荷引起的弹性应力：50分钟; 2. 温度变化引起的弹性热应力：40分钟； 3. 小结：10分钟。

第六讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(二)

内力矩及无力矩理论的概念： 15分钟； 壳体微元体及其内力分量：15分钟； 微元平衡方程：20分钟； 区域平衡方程：20分钟； 课堂讨论及小结：30分钟。

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1. 弹塑性应力及其残余应力：40分钟； 2. 屈服压力和爆破压力：40分钟； 3. 提高屈服承载能力的措施：10分钟； 4． 小结：10分钟。

第七讲：2.4 平板应力分析

1. 平板的几何特征、分类及平板应用：5分钟； 2. 圆平板对称弯曲分析模型：5分钟； 3. 挠度微分方程：10分钟； 4. 周边简支圆平板：20分钟； 5. 周边固支圆平板：20分钟;

6. 支承对刚度和强度的影响：15分钟; 7. 薄圆平板的应力特点力：15分钟； 8. 承受轴对称载荷的环板应力：5分钟； 9. 小结：5分钟。

第八讲：2.5壳体的稳定性分析(一) 1. 稳定性与临界压力：20分钟;

2. 受均布周向外压的长圆筒的临界压力：50分钟; 3. 受均布周向外压的短圆筒的临界压力：10分钟; 4. 外压薄壁圆柱壳的临界长度：5分钟;

5. 周向外压及轴向载荷联合作用下的失稳：5分钟; 6. 形状缺陷对圆筒稳定性的影响：5分钟； 7. 小结：5分钟。

第九讲：2.5壳体的稳定性分析(二)；2.6典型局部应力 1. 半球壳、碟形壳 、 椭球壳、锥壳的临界压力：15分钟; 2. 局部应力的产生及其危害性：5分钟；

3. 受内压壳体与接管连接处的局部应力：50分钟; 4. 降低局部应力的措施：25分钟； 5. 小结：5分钟。

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八、思考题、作业题

第一讲：2.1 载荷分析；2.2 回转薄壳应力分析（一）

1． 什么是回转薄壳？

第二讲：2.2 回转薄壳应力分析（二） P84:1; P84:3

第三讲：2.2 回转薄壳应力分析（三） P85:3（作业题）; P85:4（作业题） 第四讲：2.2 回转薄壳应力分析（四） P84:4

第五讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析（一） P84:6; P84:7

第六讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(二) P84:10; P84:11

第七讲：2.4 平板应力分析 P84:13，P86:10（作业题）

第八讲：2.5壳体的稳定性分析(一)

P84:15；P86:13（作业题）; P86:16（作业题） 第九讲：2.5壳体的稳定性分析(二)；2.6典型局部应力 P84:16

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