平安气囊压力发生器结构设计-毕业设计说明书

平安气囊压力发生器结构设计目录第一章绪论 1问题的提出及研究的目的和意义 1汽车平安气囊及其性能测试国内外进展状况 1汽车平安气囊系统结构原理 2测试装置及原理 4本论文所要进行的工作 5第二章平安气囊气体发生器压力容器结构设计 5压力容器的分类[4] 6压力容器的结构 7压力容器设计准那么 8压力容器壳体形状选择 17第三章压力容器大体参数设计 17压力容器壳体材料的选择 17筒体设计参数的确信 20压力容器封头设计 23封头与圆筒的连接设计 29压力容器底部设计 30密封圈的选择 31第四章压力容器与测试装置接口设计 31第五章开孔补强设计 31开孔的形状 32开孔后的补强 32等截面积补强法 33总结 36参考文献 37致谢 39第一章绪论问题的提出及研究的目的和意义随着高速公路的进展和汽车性能的提高，汽车的行驶速度愈来愈快，专门是由于汽车拥有量的迅速增加，交通愈来愈拥堵，使得事故更为频繁，因此汽车的平安性显得专门重要。平安气囊作为一种平安配置，以其较高的平安性已经慢慢在各类轿车上普及,并迅速进展成为一个全新的高科技产业。因此,平安气囊的研究与进展对中国的汽车工业的现代化具有十分重要的意义，尤其是中国加入WTO以后，这种意义将加倍深刻。目前，我国平安气囊的研究与进展已初具基础和规模，可是离世界先进水平还相差甚远，这些差距要紧包括平安气囊法规、撞车实验系统、平安气囊的设计、制造和测试等方面。在测试方面、传感器、气体发生器和气囊技术标准及检测还未达到一个令人中意的状态。据资料说明，国内尚未一套完整的平安气囊性能测试系统，我国生产的平安气囊一样要到国外进行测试。如此提高的费用，减弱了我国的平安气囊在市场上的竞争力。随着我国汽车工业的迅速进展，国内一些大公司预备成立大规模平安气囊生产线。因此，设计一套平安气囊性能测试系统，对我国汽车工业具有重要意义[1]。汽车平安气囊及其性能测试国内外进展状况 汽车平安气囊的初步方式产生于美国。1952年,美国汽车生产者联合会在理论上论述了如此一种汽车平安系统的必要性,1953年8月18日,取得了第一个美国平安气囊的专利权,可是,那时由于技术水平的限制,还不能把这种方式或专利付诸实现,直至1984年，汽车碰撞平安标准（FMVSS208）在美国经多次被废除后又从头被认可并开始实施，其中规定从1995年9月1日以后制造的轿车前排座前均应装备平安气囊，同时还要求1998年以后的轿车都装备驾驶者和乘客用的平安气囊，自此才确认了平安气囊的作用。目前，世界上很多国家都有要求在新车上必需安装气囊。例如在美国，相应的法规已从1989年起实施该法规要求必然要安装大尺寸的气囊。而欧洲的专家们那么以为最好的方案应该是：平安带和小尺寸气囊的配合利用。因此，欧洲的公司只生产小尺寸气囊。此刻，在汽车上，一个气囊安装在驾驶盘上，一个安装在驾驶员旁前排乘员的前面。侧面气囊或装在车门上，或装在座椅靠背上，气囊用尼龙制成，材料厚度为0.45mm。为了保证气囊的气密性，在其内表面涂复薄薄一层合成橡胶或硅橡胶。在气囊的内表面固定有专门的带子，这些带子在气囊充气时能使其维持必然形状。气囊侧面设有许多孔，这些孔用来快速从气囊中排出气体。这点十分重要的，不然，人就会被气囊推向后面或被一个气囊或几个气囊挤住而受伤。为幸免气囊因长期叠置而成硬块，在气囊内部覆盖一层特殊的材料，它可使气囊的有效利用期达到15年。在20世纪80年代末，我国一批从事汽车碰撞平安和军工研究的专家与学者开始关注汽车平安气囊的研究与进展。1992年9月，我国自行设计与研制的FS-01型平安气囊，通过了撞车实验与设计定型。在“九五”计划和“十五”计划中，国家经贸委和汽车行业将平安气囊列为我国汽车零配件三个重大发明之一（电子喷油系统、防抱死制动系统和平安气囊系统）。在十连年的研究与进展进程中，国内许多大学与公司的平安气囊的研究与产品已初具基础，其中部份研究与技术已接近国际水平[2]。例如清华大学的黄世霖等人在汽车碰撞实验中，系统的研究了多种国产汽车中平安气囊的匹配技术，对汽车平安气囊的点火操纵模拟、汽车碰撞的进程模拟和实验验证和有关软件在汽车平安气囊系统设计中的应用方面作了大量工作。还有南京理工大学在传感器、气体发生器和气囊设计方面具有雄厚的基础，他们的机电一体式传感器、叠氮化钠气体发生器、分步式气囊的研究与产品曾受国外闻名公司邀请在德国做过数次评估，取得极大关注。可是，国内对平安气囊性能测试系统方面的研究比较少[3]，尚没有一套完整的测试系统。目前国内仅航天系统某所对汽车平安气囊性能能够进行简单测试，且采纳弹簧式，受到多种条件限制，稳固性不是专门好。自由落体式测试装置系统在国内尚属空白。我国生产的平安气囊性能大部份要到国外测试，例如，锦恒汽车平安系统公司生产的SR－40平安气囊在国内无法测试需要到国外进行匹配装置实验。随着我国汽车工业的进展，平安气囊及测试系统研究方面有所创新并拥有自己的关键技术的知识产权才是平安气囊进展的立足之本。国外对汽车平安气囊性能测试装置设计要紧为弹簧式、自由落体式等。汽车平安气囊系统结构原理现代平安气囊系统由碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器及操纵块（电脑）等组成。

1.传感器：碰撞传感器、电子式传感器、机电式传感器。碰撞传感器。平安气囊系统中的重要部件，其功能是检测、判定汽车发生碰撞后的撞击信号，以便决定是不是展开缓冲气囊。碰撞传感器要紧有三种类机械式传感器在初期的平安气囊中利用较多，要紧应用惯性原理，利用传感器中元件的惯性力克服弹簧力来触发气体发生器。机械式在加速度较低时保证不启动气囊，靠得住性较高；但只能单点传感，对机械部件的品质、精度和耐磨性要求极高。

电子式传感器是一种应用最早的碰撞传感器，根据电子原理，利用电信号来反映车身减速度，而后根据电信号来判别是否展开缓冲气囊。

机电式传感器采纳机电结合的方式，将机械信号转化为电子信号，再利用电子信号点爆平安气囊。即具有机械式的优势，又能克服机械式传感器本身存在的缺点，安装在车身上任何位置，以便取得较好的减速信号，而且能够在同一名置安装多个传感器。

2.缓冲气囊。气囊一样由防裂性能好的聚酞胺织物制成，它是一种半硬的泡沫塑料，能经受较大的压力；通过硫化处置，可减少气囊冲气膨胀时的惯性力；为使气体密封，气囊里面涂有涂层材料。气囊的大小、形状、漏气性能是确信平安气囊爱惜成效的重要因素，必需依照不同汽车的实际情形来确信。

3.气体发生器。安全气囊系统要求气体发生器能够在较短的时间内（30ms左右）产生大量的气体充满气囊，产生的气体必须对人体无害，且不能温度太高，同时要求气体发生器有很高的可靠性和稳定性。气体发生器主要有：压缩气体式、烟火式和混合式三种型式。混合式气体发生器是压缩气体式和烟火式相结合的发生器，也是目前广泛应用一种气体发生器。

4.操纵装置。一样集成在微运算机中。当汽车发生碰撞事故时，电控装置接收多个传感器传来的车身不同位置的减速信号，通过反复不断的分析、比较、计算，决定是不是发出点火信号。要求操纵装置能够在复杂的碰撞情形下作出超级准确的判定，点火时刻也必需精准操纵。

尽管平安气囊在结构上会有所不同，但其工作原理大体一致。汽车行驶进程中，传感器系统不断向操纵装置发送速度转变（或加速度）信息，由操纵装置（中央操纵器）对这些信息加以分析判定，若是所测的加速度、速度转变量或其它指标超过预定值（即真正发生了碰撞），那么操纵装置向气体发体发生器发出点火命令或传感器直接操纵点火，点火后发生爆炸反映，产生N2或将储气罐中紧缩氢气释放出来充满碰撞气袋。乘员与气袋接触时，通过气袋上排气孔的阻尼吸收碰撞能量，达到爱惜乘员的目的。

平安气囊依照安装的位置及爱惜对象不同，要紧分为：对驾驶员进行爱惜的气囊，装在方向盘内，避免驾驶员与转向盘、仪表板及前挡风玻璃发生碰撞；对前排乘员进行爱惜的气囊，装在仪表板内，避免乘员与仪表板、前挡风玻璃发生碰撞；对后排乘员进行爱惜的气囊，一样安装在前排座椅的靠背上后部或头枕内部，避免乘员与前排座椅发生碰撞。由于后排乘员受到的损害程度较轻，后座椅平安气囊一样只在高级轿车上利用。平安气囊对人体爱惜工作原理如图1。图1平安气囊工作大体原理测试装置及原理气体发生器的产气性能好坏是通过进行密闭充气筒内的压力测试来检测的,通过对压力的检测能够对气体发生剂的燃烧速度和气体生成量进行判定。对压力的测试实验是在常温和低温情形下进行,以便保证气体发生器在严冬和盛夏均能够产生适量的气体而正常工作。实验系统中利用的气体发生器为机械式气体发生器,其设计和制造是一个比较复杂的进程。它要紧由外壳、雷管(或火帽)、增压剂(或导爆药柱)、气体发生剂和过滤器等部份组成[19]。气体发生器中的气体发生剂是一种火药,其单位时刻产气量是由气体发生剂的线性燃速和燃烧面积决定的,气体发生器单位时刻的气体流出量是由喷嘴面积的大小和燃烧室中的压力决定的[20][21]。该套模拟整车撞击的系统要紧由台架系统、密闭充气筒及其电磁操纵机构、传感器、数据搜集与处置系统组成。台架系统由底座、导轨、充气筒提升架3个部份组成,充气筒的提升、释放及高度操纵通过有关的电磁操纵机构来实现。利用充气筒从必然高度沿导轨下掉队与台架底座上的弹性缓冲垫发生碰撞来实现汽车碰撞进程的模拟,而充气筒从必然高度下落时产生的具有必然强度90±10g和持续时刻为10±5ms的冲击信号时将触发引爆装在充气筒内的气体发生器,利用安装在充气筒内的压力传感器就能够够对气体发生器产气后的整个压力转变进程进行实验研究。装置组成如图2所示。1—底座2—导轨3—充气筒提升架4—电磁机构5—压力传感器6—充气筒7—药盒内传感器8—产气药盒9—加速度传感器10—碰撞触头11—弹性缓冲垫图2实验装置示用意测试原理简述如下:电磁操纵机构将充气筒提升至必然的高度并释放,充气筒沿导轨落下,其上的触头10与弹性缓冲垫11发生碰撞,碰撞产生的冲击力的大小由加速度传感器进行记录,当碰撞加速度知足必然的峰值90±10g及持续时刻10±5ms的阈值要求时,该碰撞进程就会引爆装在筒内的气体发生器,气体发生器将被点火信号引燃并迅速产气。气体发生器引爆后刹时在密闭筒内产生大量高温高压气体,通过安装在筒内的压力传感器5对充气筒内压力转变进程进行记录,通过安装在药盒内的压力传感器7对药盒内压力转变进程进行记录,记录下的信号通过信号适配器转换并通过数据处置后,充气筒内和药盒内压强随时刻转变的p-t曲线将被记录下来,通过p-t曲线能够取得从撞击开始到压强达到最大值的时刻、压强上升速度等有关参数值,从而对气体发生器的产气性能及质量进行研究。数据处置方面,本系统具有各参数同时显示、及时分析、随时打印、自动存盘等优势[22]。本论文所要进行的工作平安气囊压力发生器结构设计，筒体设计大体参数设计、端盖大体参数设计、压力容器与测试装置接口设计等。第二章平安气囊气体发生器压力容器结构设计压力容器的分类[4]（1）按容器的作用原理分换热容器、反映容器、分离容器、贮运容器。（2）按容器经受的介质压力来分a.常压容器关于圆筒形容器，≤p<。b.受压容器①外压容器容器外部压力大于内部压力。②内压容器低压容器（代号L）：≤p<；中压容器（代号M）：≤p<101MPa；高压容器（代号H）：101MPa≤p<1001MPa；超高压容器（代号U）：p≥1001MPa。（3）按容器壁厚分依照容器外径Do和内径Di的比值K（K=Do/Di）将容器分为薄壁容器（K≤）和厚壁容器（K>）。（4）压力容器的综合分类国家劳动部门为了便于平安技术治理和监督检查，依照容器经受压力的高低，压力与容积乘积大小、介质的危害程度，及容器在生产进程中的作用的综合分类方式。《压力容器平安技术监察规程》将容器分为三类：一类容器：低压容器（二、三类容器中的低压容器除外）。二类容器：属以下情形之一者为二类容器。中压容器（三类容器中的中压容器除外）；毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；易燃或毒性程度为中度危害介质的低压反映容器和贮存容器；搪玻璃压力容器；低压管壳式余热锅炉。三类容器：属以下情形之一者为三类容器。高压容器；毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和pV≥·m3的低压容器；易燃或毒性程度为中度危害介质且pV≥·m3的中压反映容器和pV≥10MPa·m3的中压贮存容器；高压、中压管壳式余热锅炉。压力容器的结构压力容器的结构形式是多种多样的，它是依照容器的作用、工艺要求、加工设备和制造方式等因素确信的。如以下图所示别离是常见的圆筒形容器和球形容器。图3圆筒形容器1-主螺栓2-主螺母3-端盖4-筒体端部5-内筒6-层板层7-环焊缝8-纵焊缝9-管法兰10-接管11-球形封头12-管道螺栓13-管道螺母14-平封头图4球形容器1-支柱2-中部平台3-顶部操作平台4-北极板5-北温带6-赤道带7-南温带8-南极板9-拉杆从圆筒形容器图可知，容器的结构是由压力容器的壳体、密封元件和支座等要紧部件组成的。另外，作为一种生产工艺设备，有些压力容器，如用于化学反映、传热、分离等工艺进程的压力容器，其壳体内部还装有工艺所要求的内件。对此，本毕业设计不作专门介绍，而只介绍压力容器的其他部件。压力容器设计准那么（1）应力分类ASME—Ⅷ—2标准要求进行精准的弹性应力分析，把应力分析报告作为设计的大体依据，因此，把这种设计方式称为“分析设计”，而把传统标准进行的设计称为“规那么设计”或“常规设计”。分析设计以为：有弹性计算求得的各类应力对结构破坏所起的作用是不同的，因此，他们的重要性即致使结构破坏的危险性也不同。通过应力强度评判，给出设计依据，必要时，还要进行疲劳分析。按性质不同，应力分为两大类：一次应力、二次应力；按阻碍范围的大小分为三类：整体应力、局部应力、峰值应力；按散布规律不同，应力又可分为：沿断面均匀散布的均布应力，如薄膜应力，沿断面线性散布的线性应力，如弯曲应力，沿断面非线性散布的应力。以上各类应力分类是彼此交叉的。一次应力能够有整体应力、局部应力和集中应力三种。进一步又可分为一次整体薄膜应力，一次整体弯曲应力……二次应力也一样，但如果是对选择适当的许用应力没有阻碍，就没必要再细分了。关于设计人员，比较经常使用的应力分类大体概念有一次应力、二次应力和峰值应力。一次应力（primarystress）P。由于外载荷作用而在容器部件内产生的正应力或剪应力[5]。或平稳外部机械载荷所必需的应力。其特点有两个：一是知足静力平稳条件，即载荷增加，应力相应增加，应变也增加；二是非自限性，应力沿壁厚方向均匀散布。一次应力又可分为以下三类：一次整体薄膜应力（generalprimarymembranestress）Pm。阻碍范围遍及整个结构的薄膜应力[6]，如，各类应力中平稳压力或散布载荷所引发的薄膜应力。一次局部薄膜应力（primarylocalmembranestress）PL。应力水平大于一次整体薄膜应力，但阻碍范围仅限于结构局部区域的一次薄膜应力[6]。如，在壳体的固定支座或接管处由外载荷和力矩引发的薄膜应力。一次弯曲应力（primarybendingstress）Pb。平稳压力或其他机械载荷所需的沿截面厚度方向线性散布的弯曲应力[6]，如，平盖上压力引发的弯曲应力。二次应力（secondarystress）Q。由于容器部件的自身约束或相邻部件的约束而产生的正应力或剪应力[5]。或知足变形和谐（持续性）要求所必需的应力。其特点也有两个：一是知足变形条件；二是自限性。即局部屈服和小量塑性变形就能够够使约束条件或变形条件取得知足，从而使变形再也不继续增大，只要不反复加载，结构处于“安宁”状态，可不能致使破坏，因此，二次应力的许用值应依照“安宁性”的概念予以限制，如热应力和结构不持续处的弯曲应力。峰值应力（peakstress）F。由于结构不持续，而加到一次应力和二次应力之上的应力增量[5]。其特点为：一样同时有自限性和局部性，整体不变形，但往往是引发疲劳和脆性断裂的本源。在疲劳设计时，需要对峰值应力加以限制。操纵一次应力极限是为了避免过度弹性变形，包括稳固在内；操纵一次应力与二次应力叠加的极限，是为了避免过度的弹性变形和增加性破坏——塑性不安宁；操纵峰值应力极限的目的是避免由周期性载荷引发的疲劳破坏。[7]应力分类与容器的破坏形式往往存在对应关系，如：薄膜应力对应容器开裂；弯曲应力对应容器变形；二次应力对应容器的安宁性问题；峰值应力对应容器的疲劳开裂。①一次应力中的整体薄膜应力的应力强度小于或等于许用应力，即（Pm）≤[σ]。②一次应力中的局部薄膜应力的应力强度＜[σ]，即PL≤[σ]（在规定设计中，[σ]=σs／，再分析设计中[σ]=σs／）。③一次应力中的整体薄膜应力或局部薄膜应力和弯曲应力之和的应力强度≤[σ]，即Pm（PL）＋Pb≤[σ]。④一次应力中的整体薄膜应力或局部薄膜应力和弯曲应力与二次应力之和的应力强度≤3[σ]，即Pm（PL）＋Pb＋Q≤3[σ]（在规那么设计中，[σ]=σs／，在分析设计中[σ]=σb／）。⑤一次应力与二次应力及峰值应力之和的应力强度不能超过由疲劳曲线所确信的许用应力，即Pm（PL）＋Pb＋Q＋F≤Sa[8]。压力容器典型零部件中的应力分类见表1。表1压力容器典型零部件中的应力分类零部件名称应力位置引起其应力的原因应力分类符号圆柱形或球形壳体远离不连续处的壳壁内压总体薄膜应力沿壁厚的应力梯度（如厚壁筒）——二次应力PmQ轴向温度梯度薄膜应力、弯曲应力——二次应力Q与封头或法兰的连接处内压局部薄膜应力——一次应力弯曲应力——二次应力PLQ任何壳体或封头沿整个容器的任何截面外部载荷或力矩，或内压沿整个截面平均的总体薄膜应力，垂直于横截面——总体薄膜应力Pm外部载荷或力矩沿整个截面的线性分布（并非沿厚度）的弯曲力，垂直于横截面总体薄膜应力Pm在接管或其他开孔的附近外部载荷或力矩，或内压局部薄膜应力——一次应力弯曲应力——二次应力峰值应力（填角或直角）PLQF任何位置壳体和封头间温差薄膜应力、弯曲应力——二次应力Q凸形封头或锥形封头顶部内压总体薄膜应力一次弯曲应力PmPb过渡区域与壳体连接处内压局部薄膜应力——一次应力弯曲应力——二次应力PLQ平封头中央区内压总体薄膜应力一次弯曲应力PmPb与壳体连接处内压局部薄膜应力——一次应力弯曲应力——二次应力PLQ多孔的封头或壳体均匀布置的典型管孔带压力薄膜应力（沿横截面平均分布）——一次应力弯曲应力（沿管孔带宽度平均，沿壁厚线性分布）一次应力峰值应力PmPbF分离的或非典型的孔带压力薄膜压力——二次应力弯曲应力——峰值应力峰值应力QF

F接管垂直于接管轴线的横截面内压或外部载荷或力矩外部载荷或力矩总体薄膜应力（沿截面平均）沿接管截面的弯曲应力——总体薄膜应力PmPm接管壁内压总体薄膜应力局部薄膜应力二次弯曲应力峰值应力PmPLQF膨胀差薄膜应力、弯曲应力——二次应力Q峰值应力F覆层任意位置热膨胀差薄膜应力、弯曲应力——峰值应力F任何部件任意位置沿壳壁厚度方向上的温度梯度当量线性应力应力分布的非线性部分QF任何部件任意位置任意原因应力集中（缺口效应）F（2）设计准那么压力容器的设计准那么与失效准那么是一个问题的两个方面，采纳何种设计准那么确实是采纳何种失效准那么的问题。设计压力容器时，第一应确信容器的失效准那么，然后按失效准那么选择强度理论和计算公式，并确信平安系数。在压力和温度作用下丧失了正常的工作能力为失效，失效的最终表现形式为泄露、过度变形和断裂，因此失效不完全等同于破坏。压力容器失效形式大致可分为强度失效、刚度失效、失稳失效和泄漏时效。压力容器的设计准那么通常有以下几种[5,8]。①弹性失效准那么。依照弹性强度理论，当容器上边缘地域的相当应力达到屈服时，即为容器经受的极限状态。它规定了屈服极限是容器失效的应力。考虑平安系数后，容器实际应力处在弹性范围内。GB150对内压圆筒、内压凸形封头等原件的设计公式都是按弹性失效原理制定的。②塑性失效准那么。该准那么以为，容器上某一点达到屈服时，并非会致使容器的失效。只有当整体屈服时，才是容器经受的极限状态。它规定了全屈服压力是容器失效的最高压力。考虑平安系数后，可得弯曲压力的强度校核条件达[σ]t。关于脆性材料，尽管也是经受弯曲应力，但当器壁表面达σs再继续增加外载荷时，器壁表面不能产生较大的塑性变形而将致使破裂。因此，仅从压力容器设计中引入塑性失效准那么这一点考虑，选材时也要尽可能将塑性较差的脆性材料排除在外，或采取相应的限制方法。JB4732——1995《钢制压力容器——分析设计标准》提供了以塑性失效准那么为基础的设计方式。GB150对平板、对整体法兰（包括按整体法兰设计的任意式法兰）连接的圆筒（或接管）颈部等原件的设计或应力计算公式，都是按塑性失效原理制定的。③弹塑性失效准那么。弹塑性失效准那么适用于反复加载进程。依照顾力分类的概念，当容器边缘地域显现必然量的局部塑性变形时，即为容器承载的极限状态。它考虑到由于边缘应力产生过大的塑性变形时，将会加速疲劳破坏或造成脆性断裂。由于这一失效准那么，许诺结构有局部的塑性变形存在，且由于应力在结构遍地的散布不均匀，局部塑性区为广大弹性区所包围，故称之为弹塑性失效准那么。弹塑性失效准那么也不适用于脆性材料。JB4732——1995《钢制压力容器——分析设计标准》提供了以弹塑性失效准那么为基础的设计方式。GB150对内压锥形和封头和圆筒的连接、无折边球形封头对圆筒的连接等件的设计公式和图表，都是按弹塑性变形失效原理制定的。④疲劳失效准那么。该准那么以为，容器在交变载荷作用下，当最大交变应力（在循环次数一按时）或循环次数（在最大交变应力一按时）达到疲劳设计曲线的规定值时，即为容器承载的极限状态。当设计规定要求考虑容器的疲劳问题时，除对容器进行强度计算外，还需进行疲劳设计，即进行容器寿命计算。“按分析设计”的容器设计标准包括疲劳设计方式。由于疲劳设计涉及弹塑性失效准那么，因此将疲劳设计列入分析设计体系，应当采纳JB/T4732——1995《钢制压力容器——分析设计标准》标准，它在选材、设计、结构、制造、查验等方面都严于按规定设计的GB150标准。应力循环次数超过105为高周疲劳，102~105为低周疲劳。JB/T4732——1995规定关于常温抗拉强度σb≤550MPa的钢材，疲劳循环次数小于1000次可免做疲劳分析。关于经受疲劳载荷的压力容器而言，通常要求采纳正火钢板且对钢板逐张进行超声波检测Ⅲ级合格，大多都要求对焊接接头进行百分之百无损检测并对设备进行焊后排除应力热处置。采纳下述方法可提高其靠得住性：对焊接接头余高打磨至与母材平齐；角焊缝的内外尖角倒圆；适当提高壳体厚度以降低一次应力水平（提高设计压力是从另一方面表现了这一目的，压力波动不超过设计压力20%时能够考虑免去按疲劳设计）；通过结构受力分析尽可能使“该薄的薄，该厚的厚”。⑤断裂失效准那么。是依照断裂力学概念，以造成容器低应力脆断时的应力或裂纹尺寸作为临界状态的一种计算准那么。这种临界状态和相应的断裂失效准那么有临界应力强度因子及K准那么，临界裂纹张开位移及COD准那么，临界J积分准那么。断裂失效准那么一样应用于带有超标缺点的在役压力容器的评定，以判定该容器是不是能够继续利用（有条件下的监督利用）或报废。我国在1984年发布的《压力容器缺点评定标准》（CVDA——1984）后续又有GB/T19624《在用含缺点压力容器平安评定》，以COD准那么为主；工程中准对应力侵蚀的研究方式和相应技术方法常以KIC为主；预备编制的超高压容器标准中的材料技术指标也是按KIC为判定指标。直接应用断裂失效准那么受到限制，可是其大体思想是被普遍采纳的，例如规那么设计中对高强度材料制造的压力容器给予特殊的关注；开孔补强结构中限制过厚的补强圈被利用；低温压力容器的特殊设计问题；碳钢和低合金钢制压力容器水压实验时的最低水温限制等都是断裂力学思想在压力容器中的具体表现和应用。⑥蠕变失效准那么。这是容器处在高温工作下的一种设计准那么。容器在高温和必然应力的长期作用下，塑性变形将不断积存。当其蠕变速度（或等效蠕变应力）达到必然值时，即为容器承载的极限状态。依照蠕变失效准那么进行设计时，应将容器的蠕变值（或按蠕变方程算得的相当应力）限制在某一许用范围。但规那么设计对高温容器的设计仅在某必然的高温下选用适合的高温用材料，并按蠕变极限和持久强度来确信其许用应力，以便对蠕变值进行操纵。一样以为，当温度高于金属材料的~(或以绝对温度表示的熔点)时，需要考虑蠕变问题。当碳素钢的温度超过300~350oC、低合金钢超过400oC、低合金铬钼刚超过450oC、奥氏体不锈钢超过550oC的情形下，考虑蠕变问题。高温条件下钢材许用应力“[σ]t”的确信是蠕变理论在规那么设计中的具体应用。⑦侵蚀失效。化工压力容器的侵蚀失效是指与介质接触的器壁收到侵蚀性介质的侵蚀而产生破坏，它能够分为均匀侵蚀和局部侵蚀两大类。对侵蚀失效的操纵实质上确实是依照介质特性正确地选用适合的材料及适合的防侵蚀方法。在通常情形下，均匀侵蚀的限制条件，事实上确实是弹性失效准那么的限制条件，即在依照最大主应力计算出壳体厚度的基础上增加侵蚀余量；关于局部侵蚀，它不仅与容器的用材有关，而且与介质及其利用温度、压力、应力水平等有关，因此，局部侵蚀失效至今尚无统一的限制条件。（3）设计标准GB150——1998《钢制压力容器》中采纳的是弹性失效准那么。具体的解题方式：用平面力系解法，按弹性失效准那么来判定容器的强度。关于因压力引发的不同应力状态（拉、弯、扭、剪及其组合），均采纳相同的许用应力值，用调整计算公式中有关系数的方式表现其不同，如封头、平盖、密封结构等的计算。具体说，关于容器中存在的一次局部薄膜应力、弯曲应力、二次应力和他们的组合，采纳极限分析和安宁性分析准那么将这些应力操纵在与利用体会相吻合的平安水平。在标准中，通过限制元件结构的某些相关尺寸、采纳应力增大系数、考虑形状系数等公式将这些局部应力操纵在许用范围内[7]。因此在确信技术方案时，专门要注意标准中相关内容的“前提条件”、“边界条件”。压力容器设计有两种方式，即规那么设计法和分析设计法。前者是基于体会方式的设计，其典型进程是确信设计载荷，选用设计公式、曲线和表格，并对所用材料取一个平安应力，最终给出容器的大体厚度，然后依照标准予诺的构造细那么及有关设计规那么进行制造。GB150——1998《钢制压力容器》为规那么设计，按弹性失效准那么应用解析方式进行应力计算，从而简化了设计计算，与JB4732——1995《钢制压力容器——分析设计标准》相较具有计算简单、利用方便等特点，故取得了普遍应用。在GB150——1998《钢制压力容器》与JB4732——1995《钢制压力容器——分析设计标准》两个标准的彼此覆盖适用范围内，可按经济效益对照和应用配合考虑任选其一。JB/T4735《钢制焊接常压容器》与GB150《钢制压力容器》一样都属于规那么设计标准。JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》的大体思路与ASMEⅧ—2相同。GB150、JB4732和JB/T4735的适用范围和要紧区别见表2[9]。表2GB150、JB4732和JB/T4735的适用范围和要紧区别项目GB150JB4732JB/T4735设计压力≤P≤35MPa，真空度不低于≤P＜100MPa，真空度不低于－＜P＜MPa设计温度按钢材允许的使用温度确定（最高为700oC，最低为－196oC）低于以钢材蠕变控制其设计应力强度的相应温度（最高475oC）－20oC（大于）~350oC（奥氏体高合金刚制容器和设计温度低于－20oC，但满足低温低应力工况，且调整后的设计温度高于－20oC的容器不受此限制）对介质的限制不限不限不适用盛装高度毒性或极度危害介质的容器设计准则弹性失效设计准则和失稳失效设计准则塑性失效设计准则、失稳失效设计准则和疲劳失效设计准则，局部应力用极限分析和安定性分析结果来评定弹性失效设计准则和失稳失效设计准则项目GB150JB4732JB/T4735应力分析方法以材料力学、板壳理论公式为基础，并引入应力增大系数和形状系数弹性有限元法；塑性分析；弹性理论和板壳理论公式，试验应力分析以材料力学、板壳理论公式为基础，并引入应力增大系数和形状系数强度理论最大主应力理论最大切应力理论最大主应力理论是否适用于疲劳分析容器不适用适用，但有免除条件不适用在我国压力容器标准体系中，GB150《钢制压力容器》是最大体的、应用最普遍的标准，其技术内容与ASMEⅧ-一、JISB8270（除第1种容器除外）等先进工业化国家的压力容器标准大致相当，但在适用范围、许用应力和一些技术指标上有所不同。下面以ASME标准为例进行比较。①标准的适用范围。中国GB150与ASME标准在适用范围上的要紧不同为压力限定和容器用材的限制。中国标准的压力限定有明确的数值，所适用的材料仅为适才；ASME那么只给出一样限定，在知足特定的要求后，能够冲破压力限制，而且除钢材外，也规定了有色金属、镍基合金、铸钢等材料的应用范围、许用应力和制造查验要求等。表3给出了两国标准中的压力限定值。表3中、美两国压力容器标准中压力限定值比较（MPa）中国压力容器标准ASME标准标准名称压力限定标准名称推荐压力范围GB150《钢制压力容器》≤35ASMEⅧ-1≤20JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》＜100ASMEⅧ-2≤70ASMEⅧ-3﹥70②平安系数。许用应力是压力容器标准中的大体参数，由材料的力学性能除以相应的材料设计系数来确信。GB150中确信钢材许用应力时，低碳钢和低合金钢的屈服强度及抗拉强度的平安系数别离为与，与此相对应，ASMEⅧ-1中的数值为与。压力容器壳体形状选择圆筒形壳体应力散布比较均匀，承载能力高，较球形壳体容易制造，也便于内件的设置和拆卸，而且药包在载物台上放置的部位要使爆炸时壳体内壁遍地受到的冲量尽可能相等或对称，因此在这种情形下，依照咱们的实际需要，本毕业设计选择圆筒形壳体。第三章压力容器大体参数设计压力容器壳体材料的选择材料是组成各类设备的物质基础，在压力容器设计中，能够与强度计算和结构设计并重唯有材料及其阻碍因素材料及其阻碍因素是设计中的难点。压力容器生产的多样性和设备的功能性，给选材带来了必然的复杂性，材料科学所具有半科学、半体会性质给选材更增加了难度。（1）选材原那么压力容器用材的要紧选择依据：容器的适用条件，如温度、压力、介质、操作特点和结构特点；材料力学性能；材料的耐侵蚀性能，包括选材、防侵蚀结构、防侵蚀衬里、侵蚀裕量、条件操纵等；材料的加工性能，如可焊性、冷热加工成型性等；材料的价钱及来源；同一工程设计顶用材要统一。针对目前压力容器的现状还应当注意，要尽可能优先选用压力容器标准推荐的材料及国内材料标准中已有的材料，而且尽可能采纳国产材料。从性能方面考虑，下述原那么可供参考：以刚度或结构设计为主的设备，受压容器应选用一般碳素钢，以强度设计为主的设备，应依照设计压力、设计温度、介质性质等利用限制，依次选用Q235—、Q235—A、Q235—B、、Q235—C、20R、16MnR等钢板；以强度设计为主的一般碳素钢压力容器，当板厚大于或等于8mm时，可选用16MnR等一般低合金钢；铬钼低合金钢可作为设计温度350~550oC的压力容器耐热钢或大于250oC的高温高压抗氢用钢；不锈钢用于介质侵蚀性较强、防铁离子污染或设计温度大于500oC的耐热用钢（2）材料问题的讨论为能选择适合的材料制造压力容器，保证压力容器平安正常地进行工作，必需第一了解材料的大体性能[10]。金属材料在必然的温度和外力作用下，所表现出抗击某种变形或破坏的能力称为材料的力学性能。下面第一简单介绍下一样的力学性能。屈服强度σs表现材料发生塑性变形的最小应力，反映材料抗微量塑性变形的能力。抗拉强度σb表现材料在拉断前所能经受的最大应力值，它表示材料抗击断裂的能力。伸长率σ是指试样拉断后的伸长量与原长度之比，表现材料被拉伸的程度。断面收缩率ø指试样拉断后的断面与原截面之比，表现材料被拉细的程度。冲击韧性是指材料在受到外加冲击载荷的作用下，断裂时消耗的功除以试样缺口断面面积而取得的商值。断裂韧性KIC为第一类裂纹尖端应力强度因子的临界值，又称为平面应变条件下的断裂韧性。耐侵蚀性能是材料在利用条件下抗击侵蚀介质侵蚀的能力。材料蒙受侵蚀后，其质量、厚度、力学性能、组织结构及电极进程等都都可能发生转变，其转变程度能够衡量材料的耐侵蚀性能。关于均匀侵蚀，通常以侵蚀速度来衡量金属材料的耐侵蚀性能。金属良好的焊接性能要求焊缝和热阻碍区的性能与母材性能大体一致，焊缝处产动气孔、夹杂、裂纹等缺点的偏向性低。钢材的焊接性能阻碍最大的是含碳量，含碳量增加，塑性下降，淬硬偏向增大，容易产生裂纹。除焊接性能外的冷热加工性能，常由材料力学性能要求的力学性能塑性指标保证。压力容器材料的冷加工性能一样还用冷弯实验衡量，冷弯性能的好坏也能反映材料塑性的高低。压力容器材料的物理性能也是选材要考虑的。压力容器利用在不同的场合，对材料的物理性能也有不同的要求。如高温容器要用熔点高的材料，要进行换热的容器要用导热系数较高的材料，如此能够节省材料。（3）壳体材料的选择压力容器要经受起介质产生的冲击波的反射压力和气体产物的作用压力，同时还要受高温或低温或侵蚀介质的作用，因此壳体材料一样选择力学性能高、抗击介质侵蚀能力强的。伸长率σ与断面收缩率ø都是塑性指标，相应的数值愈大，材料的塑性愈好，在压力容器设计中往往要求材料有较好的塑性，不仅适应加工制造的需要，更重若是为了在压力容器利用中，减缓高度集中的局部应力，幸免容器因局部应力升高而致使的脆性破裂。一样情形下，材料强度的提高总会使塑性和冲击韧性下降，从而使制造工艺变的复杂，脆性破坏可能性变大，而且应力集中的负效应在高强度材料中加倍突显。冲击韧性高的高低，取决于材料有无迅速变形的能力。冲击韧性高的材料，一样都有较高的塑性，冲击韧性时强度与塑性的综合指标，但塑性对韧性阻碍更大些。壳体材料要经受瞬时强冲击载荷，在这种情形下，它的力学性能与静态时有专门大的不同，材料的应力、应变和应变率的关系变得很复杂，现在设计中要考虑材料的动态屈服应力。以下图5给出了几种钢材的动态屈服应力实验曲线。图5动态屈服应力σd与应变力ε的关系动态屈服应力σd与应变力ε的关系服从如下对数关系：lgσd＝A＋mlgε或σd＝σT(ε／ε。)σT为动态屈服点（MPa），A为紧缩接触面积（m2），指数m如下图，由实验确信。从上图4可知，应变率对纯铁、45号刚、A3(Q235A级钢)等软钢专门明显。软钢有明显的屈服点，破坏前有明显的预兆，较大的变形。硬钢强度高，但塑性差，脆性大，从加载到突然拉断，大体上不存在屈服时期。因此，咱们能够选择软钢作为壳体材料。中高压压力容器大多项选择用优质碳素钢，优质碳素钢含硫、磷杂质较少，硫≤%，磷≤%，塑性好，抗冷脆性等相对证量较好。下表4给出了35号和45号优质碳素结构钢化学成份及力学性能的一些数据。表435号和45号优质碳素结构钢化学成份及力学性能[11]钢号CSiMnσbMPaσsMPaδ5%Ψ%AkJ35~~~53031520455545~~~600355164039由上表4可知，尽管35号钢的抗拉强度σb和屈服强度σs都较45号钢的小，而延伸率δ5、断面收缩率Ψ和冲击功Ak均大于45号钢。因此依照以上分析选用35号钢作为壳体材料较好。壳体材料不易采纳钢板卷制或焊接，因为在焊接进程中，对焊缝金属组织会产生不利阻碍，同时在焊缝处往往形成夹渣、气孔、未焊透等缺点，致使焊缝极为周围区域可能低于刚体本体的强度。因此，为了提高壳体强度，应选用无缝结构。综上所述本毕业设计选用35号优质碳素结构钢的无缝钢管。筒体设计参数的确信依照要求，压力容器正常工作压力MPa,最大工作压力MPa，容积为60L，选取无缝钢管Φ325mm，壁厚13mm，尺寸许诺误差：外径±%，壁厚许诺误差±圆筒形：（）由公式（）能够求出圆筒高h=723mm依照GB150-89规定，许用应力[σ]的计算公式为，σ是壳体材料的抗拉强度或屈服强度，n是抗拉强度或屈服强度平安系数，GB150-89规定碳素钢抗拉强度平安系数取，屈服强度平安系数取。由壳体材料的抗拉强度确信的许用应力为：由壳体材料的屈服强度确信的许用应力为：依照GB150-89规定，取抗拉强度和屈服强度确信的许用应力中较小的值，故[σ]=＞。由应力分析可知，中径D，壁厚为S的圆筒形壳体，经受均匀介质内压p时，其器壁中产生如下径向和周向薄膜应力[12]：（）式中为钢材在设计温度下的许用应力，单位为MPa，为焊接接头系数，由于在焊接加热进程中，对焊缝金属组织产生不利阻碍，同时在焊缝处往往形成夹渣、气孔、未焊透等缺点，致使焊缝及其周围区域强度可能低于钢材本体的强度。因此，在上式（）中钢材的许用应力应该用强度较低的焊缝许用应力代替，焊接接头系数≤1。由于本毕业设计选择的是无缝钢管作为壳体材料，因此此处取1。内压圆筒计算厚度S的求解公式如下：（）设计时，应以计算压力代替式（）中的p，即：（）式中为计算压力MPa，Di为圆筒内直径mm，采纳无缝钢管做筒体时，公称直径是其外直径Do，而Di=Do-2S，代入式（）可得：（）其中最大工作压力为，那么取=×=，查表得35钢的屈服强度为315MPa，取平安系数为3，可求得35钢的许用应力为105MPa，因此可求得：圆筒壳体计算壁厚：将圆筒壳体计算壁厚S代入式（）知足圆筒壳体设计壁厚计算公式：圆筒壳体名义壁厚计算公式：圆筒壳体有效壁厚计算公式：其中为侵蚀裕量，mm；为钢管或钢板厚度负误差，mm；C为壁厚附加量，mm，壁厚附加量可按下式计算：钢管厚度负误差和侵蚀裕量别离如下表5和表6[10]所示。表5钢管厚度负误差钢管种类壁厚（mm）负偏差（%）碳素钢或低合金钢≤20＞2015不锈钢≤10＞10～201520表6侵蚀裕量介质腐蚀速率（mm/y）腐蚀裕量单面腐蚀双面腐蚀≤12～1～22～4＞依照本毕业设计的实际情形，选取为2mm，为1.4mm。所依据以上分析能够算出：圆筒壳体设计壁厚：圆筒壳体名义壁厚：圆筒壳体有效壁厚：圆筒壳体的最大许诺工作压力为：压力容器封头设计封头是容器的重要组成部份，常见的有凸形封头、锥形封头和平板封头。这些在强度和制造等方面各有特点，采纳什么样的封头要依照工艺条件的要求、制造的难易程度和材料的消耗等情形来决定。（1）内压凸形封头凸形封头又包括以下半球形封头、椭圆封头、碟形封头、球冠形封头。①半球形封头半球形封头是由半个球壳组成的。故按无力矩理论计算，需要的厚度是一样直径的圆筒的二分之一。假设厚度取与圆筒一样大小，那么由前面的不持续分析可知，二者连接处的最大应力比圆筒周向薄膜应力大％，故从受力来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采纳分瓣冲压其拼焊工作量亦较大。②碟形封头碟形封头又称带折边球形封头，由三部份组成：以Ri为半径的球面、以r为半径的过渡圆弧(即折边)和高度为h的直边。球面半径越大，折边半径越小，封头的深度将越浅，这关于加工成型有利。可是考虑到球脸部份与过渡区联接处的局部高应力，规定碟形封头球脸部份的半径一样不大于筒体内径，而折边内半径r在任何情形下均不得小于筒体内径的10％，且应不小于3倍封头名义壁厚。Ri=、r=的碟形封头，称为标准碟形封头。其有效厚度应不小于封头内直径的%。由于在相同受力条件下，碟形封头的壁厚比相同条件下的椭圆形封头壁厚要大些，而且碟形封头存在应力不持续，因此没有椭圆形封头应用普遍。碟形封头是由球面、过渡段和圆柱直边段三个不同曲面组成。尽管由于过渡段的存在降低了封头的深度，方便了成型加工，但在三部份连接处，由于经线曲率发生突变，在过渡区边界上不持续应力比内压薄膜应力大得多，故受力状况不佳。③椭圆形封头椭圆形封头是半椭球和高度为h的短圆筒(通称直边)两部份组成。直边的作用是为了保证封头的制造质量和幸免筒体与封头间的环向焊缝受边缘应力作用。尽管椭圆形封头各点曲率半径不一样，但转变是持续的，受内压时，薄膜应力散布没有突变。它吸取了半球形封头受力好和碟形封头深度浅的优势。由于椭圆部份经线由曲率滑腻持续，故封头中的应力散布比较均匀。关于a/b＝2的标准形封头，封头与直边连接处的不持续应力较小，可不予考虑，因此它的结构特性介于半球形和碟形封头之间。④球冠形封头为了进一步降低凸形封头的高度，将碟形封头的直边及过圆弧部份去掉，只留下球脸部份。并把它直接焊在筒体上，这就组成了球冠形封头。这种封头也称为无折边球形封头。它结构简单、制造方便，经常使用作容器中两独立受压室的中间封头，也可用作端盖，封头与简体连接处的角焊缝应采纳全焊透结构。在球面与圆筒连接处其曲率半径发生突变，且两壳体因无公切线而存在横向推力，因此产生相当大的不持续应力，这种封头一样只能用于压力不高的场合。（2）锥形封头锥形封头普遍应用于许多化工设备(如蒸发器、喷雾干燥器、结晶器及沉降器等)的底盖，它的优势是便于搜集与卸除这些设备中的固体物料。另外，有一些塔设备上、下部份的直径不等，也经常使用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来，这时的圆锥形壳体称为变径段。锥形封头有两种形式，一种是无折边锥形封头，一样用于α≤30º的场合；另一种是与筒体连接处有一过渡圆弧和一圆柱直边段的折边锥形封头。就强度而论锥形封头的结构并非睬想，可是封头的型式在很多场合还决定容器的利用要求。关于气体的均匀进入和引出、悬浮或粘稠液体和固体颗粒等排放、不同直径圆筒的过渡，那么是理想的结构型式，而且在厚度较薄时，制造亦较方便。（3）平板封头平板封头是各类封头中结构最简单，制造最容易的一种封头形式。平板封头属于平板类构件，压力容器中很多部件是由平板或环板组成，例如人孔和手孔盖、板式塔的塔盘、换热器的管板、平焊法兰等。它们的形状一般是圆形平板或中心有孔的圆形平板。平盖厚度计算是以圆平板应力分析为基础的。依照平板理论，受均布载荷的平板壁内产生两向弯曲应力：一时径向弯曲应力；二是切向弯曲应力。关于周边固支受均布载荷的圆平板，其最大应力是径向弯曲应力，且现在此处的径向弯曲应力与切向弯曲应力相等。在理论分析时平板的周边支承被视为固支或简支，但事实上平盖与圆筒连接时，真实的支承既不是固支也不是简支，而是介于固支和简支之间，最大应力显现的位置与具体的连接结构和筒体的尺寸有关。因此工程计算时采纳圆平板理论为基础的体会公式，通过系数K来表现平盖周边的支承情形，K值越小，平盖周边越接近固支；反之就越接近于简支。另外由于平板封头承压时处于受弯的不利状态，因此壁厚比同直径的筒体大得多。下表7为结构特点系数K选择。表7结构特点系数K选择固定方法序号简图系数K与筒体成一体或与圆筒对焊1与筒体角焊或与其他焊接2与筒体角焊或与其他焊接

与筒体角焊或与其他焊接345螺栓连接678（4）封头的选择封头的选择要依照工作条件的要求，既要考虑封头的形状及其应力的散布规律，又要考虑冲压、焊接、装配的难易程度，进行全面的技术和经济分析。①几何方面同体积以半球形封头表面积为最小，椭圆形封头与碟形大体相同。②力学方面在直径、壁厚、工作压力相同的条件下，半球形应力最小，两向薄膜应力相等，而且沿经线均匀散布，如与壁厚相等的筒体连接，边缘周围的最大应力与薄膜应力并无明显不同。椭圆形封头的应力情形不如半球形封头均匀，但比碟形封头要好些，极点处应力最大，在赤道上显现周向压应力，当Di/(2h)=2与壁厚相等的筒体连接时，椭圆形封头能够达到与筒体等强度。蝶形封头在力学上的最大缺点在于具有较小的折边半径r，这一折边区的存在使得封头的经线不持续，以致使该处产生较大的径向弯曲应力和周向压应力。只是r/R越小，那么折边区的这些应力就越大，因此有可能产生周向裂纹，亦可能显现周向折皱。当r=0时，蝶形封头成为无折边的球形盖，封头的力学性能不行，在折点的局部区将显现峰值应力，折点处的焊缝将成为危险源，封头与筒体的角焊缝为全焊透结构。锥形封头在容器中采纳的目的是锥形壳体有利于流体均匀散布和排料，锥形封头就力学特点来讲，锥顶尖部份强度很高，在锥顶尖开孔一样不需补强。③制造方面及材料消耗各类封头一样是由敲打、冲压、滚卷或爆炸成型制造，半球形与椭圆形封头通经常使用冲压的方式制造，大型半球形封头亦可先冲压成球瓣，然后组对拼焊而成，碟形封头通经常使用敲打、冲压或爆炸成型，折边部份可滚压或敲打制成。从制造工艺分析，封头越深，直径与壁厚越大，越不容易制造，尤其被选用高强度钢时更是如此。整体冲压半球形封头不如椭圆形封头好制造。椭圆形封头必需有几何正确的椭圆面模具，人工敲打制造。椭圆形封头制造灵活性大，锥形封头的锥顶尖部份很难卷制，当锥顶角较小时，为了幸免制造上的困难和减小锥体高度，有时能够采纳组合封头（如加圆球面顶）。从省材方面，半球形封头消耗材料少，碟形封头比椭圆形封头材料消耗多30%以上，锥形封头并非节省材料。综上所述，尽管在相同的受载条件下，薄板的所需厚度要比薄壳大得多，即平板封头要比凸形封头厚的多，可是因平板封头结构简单，制造方便，在直径较小的容器中，采纳平板封头比较经济简便。因此，本毕业设计选择平板封头。（5）平板封头的参数设计结构形式与壁厚计算：选用45钢，查表得=600MPa，=355MPa，GB150规定[13]碳素钢抗拉强度平安系数取，屈服强度平安系数取。许用应力：取较小值，设计压力=×=结构形式：圆形平盖封头厚度：（）其上式（），为平盖计算直径，325mm；依照有关法兰密封设计可知操作状态时螺栓设计载荷W为N，为螺栓中心至垫片压紧力作用中心线的径向距离为23mm。将以上参数代入式（）中，能够求得：操作状态时平盖计算厚度：设计厚度：名义厚度：表8钢板厚度负误差钢板厚度～～～～～负偏差钢板厚度～2526～3032～3436～4042～5052～6060～100负偏差由表8能够知为1mm，能够求出名义厚度：封头与圆筒的连接设计在容器筒体的边上等分的焊接上六块厚度为13mm的板，在每一个板的两边加上2个肋板，与容器盖用螺栓连接。另外，筒体和筒体与封头连接装置如下面的模拟图6所示。图6封头与筒体联接的模拟图作为联接件的螺栓，是法兰密封结构中的要紧受力元件，要求螺栓材料具有高的强度，好的韧性。为幸免螺栓与螺母咬死或胶合，通常选用不同强度级别的材料或选用不同的热处置标准，使其具有不同的硬度。螺栓材料硬度一样应比螺母高30HB以上。考虑螺母的改换比螺栓容易，螺栓材料强度通常比螺母高，本毕业设计选择35CrMoA作为螺栓材料，配用螺母材料可选35钢或40Mn。压力容器底部设计依照壁厚计算公式，可用厚度为34mm的薄板作为容器底，因此确信容器底的具体参数：直径为325mm，厚度为34mm密封圈的选择由于该压力容器属于气压，应选用O形橡胶密封圈。第四章压力容器与测试装置接口设计通过相关测试装置资料可知：测试装置的提升系统采纳滑轨提升，因此，压力容器与测试装置的连接部份采纳一个直径为52mm的圆柱，为了与圆筒壳体连接，在壳体上焊接一个内径为325mm，厚为13mm的轮箍，在轮箍和52mm的圆柱之间采纳一个直径为72mm的圆柱连接，压力发生器在实验和装药品时，为了更方便拆装，还得设置一个翻转装置，能够在直径为72mm的圆柱体上焊接上一个薄板，在板上打必然数量的空，通过操纵孔的位置来实现对压力容器的定位。联接装置如以下图7图7与压力容器联接装置图第五章开孔补强设计为了知足工艺操作、容器制造、安装、查验及维修等要求，在压力容器上开孔是不可幸免的。容器开孔以后，不仅减弱了容器的整体强度，而且还会引发应力集中，在接管和容器壁的连接处会造成局部的高应力，接管有时还会受到各类外加载荷的作用而产生的应力和温差产生的热应力，使得开孔接管处的局部应力进一步提高。又由于材质和制造缺点等各类因素的综合作用，开孔接管周围就成为压力容器的破坏源。因此，压力容器设计中必需充分考虑开孔补强问题。开孔的形状压力容器的开孔可分为圆形、椭圆形、长圆形，关于椭圆形孔和长圆形孔其长、短轴之比应不大于2：1。开孔后的补强（1）不需另行补强的最大开孔直径并非所有容器上的开孔都需补强，因为在设计时，容器及接管的实际壁厚S与强度所需要的壁厚相较，都有必然的裕量。因此，当开孔尺寸在必然范围内时，能够不需另行补强。在圆筒体、球壳、锥壳上，和凸形封头中心80％的内直径范围内开孔时，当知足下述全数要求时可许诺不另行补强：①设计压力小于或等于；②两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径的2倍；③接管公称外径小于或等于89mm④接管最小壁厚知足表10的要求。表9接管最小壁厚公称直径253238454857657689最小壁厚注：1.钢材的标准抗拉强度下限制时，接管与壳体的连接宜采纳全焊透的结构型式。2.接管的侵蚀裕量为１mm（2）补强形式开孔补强的形式要紧可分为四类。①内增强接管补强金属配置在容器或接管的内侧；②外增强接管补强金属配置在容器或接管的外侧；③对称增强的凸出接管补强金属对称低配置在接管插入或外伸侧；④密集补强补强金属集中配置在接管与容器连接处。（3）补强方式常见的补强方式有：等截面积补强法、极限分析补强法、压力面积补强法（适用于大开孔的补强计算）。（4）补强设计原那么等截面积补强法：贴板补强的设计原那么规定，局部补强的金属截面积应大于或等于因开孔所减弱的壳体截面积。这种设计偏于保守且比较繁琐，但利用历史较长，受静压条件下结果比较靠得住，目前被较多的设计标准所采纳。极限分析补强法：这种设计方式的大体起点是壳体开孔后的屈服压力大体上等于未开孔时的屈服压力，并使开孔周围的不持续应力和一次薄膜应力迭加后总应力小于两倍屈服极限（三倍许用应力），这种设计方式仅许诺采纳整体补强结构。等截面积补强法（1）适用范围适用范围如下表10所示。表10等截面积补强法适用范围等截面积补强法可用于受内压（或外压）的筒体，凸形封头，平板盖的开孔设计，使用这种补强法时，在壳体上允许的最大开孔直径d为：内径Di≤1500mm内径Di>1500mm筒体且D≤500mmd≤且d≤1000mm凸头壳形或封球锥形封头d≤（Di为开孔中心处的锥体内直径）椭圆或碟形封头过渡区若在椭圆或碟形封头过渡