压力容器及过程设备教案(08)(5)

《压力容器及过程设备》教案 武汉工程大学机电工程学院

2. 了解厚壁圆筒的各种结构型式及特点；

3. 掌握内压圆筒的强度设计方法及设计技术参数的确定。

第三讲： 4.3.2圆筒设计（二）

1. 理解求取外压圆筒的许用压力的解析法； 2. 掌握外压圆筒许用压力图算法原理； 3. 掌握外压圆筒许用压力工程设计方法； 4. 掌握圆筒体轴向许用压应力； 5. 掌握外压圆筒设计参数的确定方法； 6. 理解加强圈的设计公式与步骤。

第四讲： 4.3.3封头设计

1. 掌握内压半球形封头设计、椭圆形封头设计、碟形封头设计的设计； 2. 掌握外压半球形封头设计方法；

3. 了解外压椭圆形封头设计、碟形封头设计的设计 4. 了解/锥壳、变径段、平盖及紧缩口设计。

第五讲： 4.3.4密封装置设计（一） 1. 理解密封机理；

2. 了解影响密封性能的主要因素；

3. 理解法兰标准及法兰的结构形式和种类； 4. 掌握法兰密封的选用方法； 5. 理解螺栓法兰连接设计计算。

第六讲： 4.3.4密封装置设计（二） 1. 掌握高压密封的基本特点； 2. 掌握高压密封的结构形式； 3. 了解提高高压密封性能的措施； 4. 理解螺栓载荷计算。

第七讲： 4.3.5开孔和开孔补强设计

1. 了解整体补强和各种局部补强的结构及特点； 2. 理解开孔补强设计原则；

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3. 掌握等面积补强的设计计算；

4. 理解不同的接管方位对补强计算面积的影响。

第八讲： 4.3.6支座和检查孔；4.3.7安全泄放设计；4.3.8焊接结构设计；4.3.9压力试验 1. 了解压力容器支座的种类、结构及特点； 2. 了解压力容器检查孔的用途及结构； 3. 了解安全泄放原理及安全泄放装置的设计； 4. 了解压力容器焊接接头的结构； 5. 掌握压力容器焊接的接头分类；

6. 理解压力容器耐压试验与气密性试验的目的、方法、步骤； 7. 掌握试验压力及应力校核的方法。

第九讲：4.4分析设计（Design by Analysis ） 1. 了解常规设计和分析设计的方法、特点和使用范围；

2. 掌握压力容器的应力分类和一次应力、二次应力、峰值应力的定义、特征、容器的影响；

3. 理解应力强度计算方法；

4. 掌握极限设计和安定性准则和各类应力的强度限制条件 ； 5. 了解应力分析设计的一般步骤。

第十讲：4.5疲劳分析；4.6 压力容器设计技术进展 1. 掌握低循环疲劳曲线；

2. 掌握压力容器的疲劳设计方法； 3. 了解影响疲劳寿命的因素； 4. 了解压力容器的可靠性设计； 5. 了解压力容器的优化设计； 6. 了解压力容器的计算机辅助设计。

三、教学重点

第一讲：4.1概述；4.2设计准则 1. 压力容器设计文件;

2. 压力容器设计强度和稳定性失效设计准则。

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及其对压力

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第二讲：4.3.1概述；4.3.2圆筒设计（一） 1. 内压圆筒的强度设计； 2. 设计技术参数的确定。

第三讲： 4.3.2圆筒设计（二）

1. 掌握外压圆筒许用压力工程设计方法； 2. 外压圆筒设计参数的确定方法。

第四讲： 4.3.3封头设计

1. 内压半球形封头设计和椭圆形封头设计； 2. 外压半球形封头设计；

3. 凸形封头直边段（短圆筒）的作用。

第五讲： 4.3.4密封装置设计（一） 1. 螺栓法兰连接的密封机理； 2. 法兰标准及选用，垫片的选用。

第六讲： 4.3.4密封装置设计（二） 1. 高压密封的结构形式、特点及应用。

第七讲： 4.3.5开孔和开孔补强设计 1. 等面积补强的设计计算。

第八讲： 4.3.6支座和检查孔；4.3.7安全泄放设计；4.3.8焊接结构设计；4.3.9压力试验 1. 压力容器焊接的接头分类；

2. 压力容器耐压试验与气密性试验的目的、方法、步骤； 3. 试验压力及应力校核的方法。

第九讲：4.4分析设计（Design by Analysis ） 1. 压力容器的应力分类； 2. 极限设计和安定性准则。

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第十讲：4.5疲劳分析；4.6 压力容器设计技术进展 1. 压力容器的疲劳设计。

四、教学难点

第一讲：4.1概述；4.2设计准则 无。

第二讲：4.3.1概述；4.3.2圆筒设计（一） 1. 对各种厚度的意义以及相互之间的关系的理解。

第三讲： 4.3.2圆筒设计（二）

1. 外压圆筒许用压力图算法的算图的设计思想，对弹性模量的处理； 2. 加强圈的设计公式与步骤。

第四讲： 4.3.3封头设计 1. 封头的结构。

第五讲： 4.3.4密封装置设计（一） 1. 螺栓法兰连接的强度设计计算。

第六讲： 4.3.4密封装置设计（二） 1. 高压密封的螺栓载荷计算。

第七讲： 4.3.5开孔和开孔补强设计 1. 对补强面积的理解；

2. 计算内插接管多余面积时，在接管厚度上减去了两个C2的原因。

第八讲： 4.3.6支座和检查孔；4.3.7安全泄放设计；4.3.8焊接结构设计；4.3.9压力试验 无。

第九讲：4.4分析设计（Design by Analysis ）

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1. 安定性准则。

第十讲：4.5疲劳分析；4.6 压力容器设计技术进展 1. 低循环疲劳曲线。

五、授课方式与主要教学手段

1. 授课方式以课堂讲授为主。教学手段采用多媒体为主，公式推导以板书为主。容器、封头、法兰、密封等的结构型式通过图片、实物和动画来展示。

六、授课思路与教学过程

1. 本章内容是这门课程的核心，教学内容直接面对工程实际，学习内容毕业生在工作中可以直接应用。因而学习过程主要结合现行的国家标准组织进行。内容上主要以压力容器及其附件的常规设计为主，同时介绍压力容器分析设计的基本思路。为拓展学生的视野和知识面，对国内外压力容器分析设计的最新发展和思想做概括性介绍。

第一讲：4.1概述；4.2设计准则

1. 第一节首先回顾压力容器的特点、使用环境，导入压力容器设计的基本要求，达到基本要求应该进行哪些基本设计工作，完成设计工作需要的基本条件—即设计的工艺条件。最后介绍一个压力容器的完整机械设计应该包含的全部设计文件。

2. 第二节要解决的问题是如何对压力容器进行设计。设计的目的是保证不失效，从而引出压力容器失效的几种形式，对相应的形式选择合适的失效判据，根据失效判据导出设计准则。在各种设计准则中重点学习强度设计准则，这是压力容器设计使用最多的基本设计准则。在介绍强度设计准则前带领学生一起回顾《材料力学》中相应的知识，便于学生理解和掌握。 3. 组织本讲内容时首先给学生一个整体思路，在黑板上写出并一直保留本讲要讲述的内容提纲和它们之间的相互关系。

第二讲：4.3.1概述；4.3.2圆筒设计（一） 1. 用图片展示厚壁圆筒的各种结构；

2. 讲授圆筒的强度设计时首先回顾圆筒的薄膜应力计算公式，由薄膜应力公式和设计准则 推导强度设计公式；

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