压力容器及过程设备教案(08)(6)

《压力容器及过程设备》教案 武汉工程大学机电工程学院

3. 本节概念较多，严格按照最新压力容器设计标准讲授，并做出解释，方便学生理解； 4. 强度设计公式推出后，始终留在黑板上，在讲授设计参数时，围绕设计公式展开，使学生学习时条理清楚；

5. 画出各种厚度的关系图，通过图形加强学生的理解和记忆； 6. 讲述设计参数时，同时介绍各参数之间的相互关系。

第三讲： 4.3.2圆筒设计（二）

1. 首先回顾失稳和临界压力的概念，在黑板上写出临界压力的计算公式； 2. 用框图表述解析法的设计步骤；

3. 由解析法在判断弹性还是塑性失稳带来的麻烦，导出图算法的设计思想；

4. 由塑性材料的拉伸曲线导出图算法A-B的关系曲线：从而可以避免弹性模量的变化带来的计算不便；

5. 强调A-B关系图上的直线段可以插值法求取的理由是：此时材料处于弹性阶段； 6. 按照国标规定的方法确定外压圆筒的设计压力及其原因；

7. 外压球壳的稳定性系数为14.52的原因是实验值和理论值有巨大的差别，这是教材和参考书上没有讲清的。

第四讲： 4.3.3封头设计

1. 按照最新标准讲授封头的设计公式。对于难以理解想象的封头结构结合图片、动画和实物来讲解。强调凸形封头直边段的意义。

第五讲： 4.3.4密封装置设计（一）

1. 由压力容器的应用导入密封装置设计;

2. 重点介绍密封机理“当介质通过密封口的阻力大于密封口两侧的介质压力差时，介质就被密封”，强调界面不泄露是相对的，有条件的; 3. 对各种法兰的结构形式和密封面形式结合三维图片讲解; 4. 对各种垫片、法兰的标准和选用原则进行对比介绍; 5. 螺栓和法兰的强度设计计算结合最新标准讲解。

第六讲： 4.3.4密封装置设计（二）

1. 本讲是本章中的非重点内容。主要介绍高压密封的结构形式、特点及应用，让学生建立有关高压密封的基本概念，为今后在工作中遇到相关问题时，知道通过什么途径去寻找解决的方法。

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第七讲： 4.3.5开孔和开孔补强设计

1. 首先介绍压力容器为什么要开孔，以及开孔后对压力容器的影响，导出开孔补强的概念； 2. 通过对开孔处压力容器的应力分析，说明开孔是如何破坏压力容器的强度，对压力容器哪一个截面影响最大，从而帮助学生找到应该对哪一个面积补强，以及补强面积应该如何计算。

3. 结合开孔和接管三维图形讲授补强结构和有效补强面积；

4. 讲解有效补强区的概念时，先回顾边缘应力的特性，以帮助学生理解和接受；

5. 分析插入接管接触腐蚀介质的情况，学生便能理解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 1. 结合新标准讲授焊接接头分类；

2. 重点介绍耐压试验和气密性试验的不同目的，压力试验的方法、步骤、试验压力的计算，压力试验时的应力校核； 3. 其它内容一般介绍。

第九讲：4.4分析设计（Design by Analysis ）

1. 回顾常规设计方法导出分析设计方法，并进行比较。列表讲授压力容器的应力分类，为方便理解，指出各类应力在压力容器上可能出现位置，并分析其特点。结合示意图讲述极限设计和安定性准则。

第十讲：4.5疲劳分析；4.6 压力容器设计技术进展

1. 本讲首先介绍疲劳失效的事例，引出疲劳设计的思想。由压力容器的受力特征说明压力容器疲劳主要是低循环疲劳；

2. 结合最新文献介绍压力容器设计技术进展。

七、教学时间分配

第一讲：4.1概述；4.2设计准则 1. 课程导入：2分钟 2. 设计要求：10分钟 3. 设计文件：15分钟

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4. 设计条件：5分钟

5. 强度失效设计准则：50分钟 6. 刚度失效设计准则：10分钟

7. 稳定失效设计准则和泄漏失效设计准则：5分钟 8. 小结：3分钟

第二讲：4.3.1概述；4.3.2圆筒设计（一） 1. 本讲导入及压力容器设计思想 ：5分钟 2. 圆筒容器的筒体结构：15分钟 3. 内压圆筒的强度设计：25分钟 4. 设计技术参数的确定：50分钟 5. 小结： 5分钟

第三讲： 4.3.2圆筒设计（二） 1. 失稳和临界压力回顾：5分钟

2. 解析法求取外压圆筒的许用压力 ： 5分钟 3. 圆筒许用压力图算法原理：25分钟 4. 圆筒许用压力工程设计方法：5分钟 5. 圆筒体轴向许用压应力：10分钟 6. 外压圆筒的设计压力：10分钟 7. 稳定性系数：5分钟

8. 外压圆筒的计算长度：5分钟 9. 加强圈的间距：5分钟

10. 加强圈截面尺寸的确定：15分钟 11. 加强圈的结构设计：5分钟 12. 小结与讨论：5分钟

第四讲： 4.3.3封头设计 1. 半球形封头设计：30分钟 2. 椭圆形封头设计：20分钟 3. 碟形封头设计：15分钟

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4. 锥壳、变径段、平盖及紧缩口设计：35分钟

第五讲： 4.3.4密封装置设计（一） 密封机理及分类：15分钟

影响密封性能的主要因素：15分钟 螺栓法兰连接设计：70分钟

第六讲： 4.3.4密封装置设计（二） 1. 高压密封的基本特点：15分钟 2. 高压密封的结构形式：25分钟 3. 提高高压密封性能的措施：10分钟 4. 螺栓载荷计算：50分钟

第七讲： 4.3.5开孔和开孔补强设计 1. 补强结构：10分钟

2. 开孔补强设计原则：10分钟

3. 允许不另行补强的最大开孔直径： 5分钟 4. 等面积补强计算：70分钟 5. 接管方位：5分钟

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压力实验 1. 支座和检查孔：10分钟 2. 安全泄放设计：20分钟 3. 焊接结构设计：20分钟 4. 压力实验：50分钟

第九讲：4.4分析设计（Design by Analysis ） 1. 常规设计的局限性：10分钟 2. 压力容器的应力分类 ：20分钟 3. 应力强度计算：30分钟 4. 应力强度限制 ：30分钟 5. 分析设计的应用 ：10分钟

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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. 低循环疲劳曲线：30分钟 2. 压力容器的疲劳设计：15分钟 3. 影响疲劳寿命的其它因素：5分钟 4. 压力容器的可靠性设计：15分钟 5. 压力容器的优化设计：10分钟 6. 压力容器的计算机辅助设计：20分钟 7. 小结：5分钟

八、思考题、作业题

第一讲：4.1概述；4.2设计准则 P216:2; P216:3

第二讲：4.3.1概述；4.3.2圆筒设计（一） P216:5; P217:6; P218:2（作业题）

第三讲： 4.3.2圆筒设计（二）

1. 外压圆筒算图中的A和B之间的关系与材料什么性能参数相关？如何关联？ 2. 外压圆筒几何参数计算图是否与材料有关？为什么？

3. 试述有哪些因素影响承受均布外压圆筒的临界压力？提高材料强度和设置加强圈对钢

制外压容器的稳定性影响如何？ 4. P218:5（作业题）

第四讲： 4.3.3封头设计 P217:14; P217:15

第五讲： 4.3.4密封装置设计（一） P217:16；17；18

第六讲： 4.3.4密封装置设计（二） P217:19

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