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1、 第六章第六章 疲劳疲劳 第一节第一节 交变应力的概念交变应力的概念 第二节第二节 疲劳的概念疲劳的概念 第三节第三节 持久极限持久极限 第四节第四节 提高构件疲劳强度的措施提高构件疲劳强度的措施 第一节第一节 交变应力的概念交变应力的概念 一一. . 产生交变应力的原因产生交变应力的原因 课本第课本第9191页页 啮合区轮齿啮合区轮齿 受法向力受法向力P P活塞杆受拉活塞杆受拉 活塞杆受压活塞杆受压 1. 1.载荷作周期性变化载荷作周期性变化 第一节第一节 交变应力的概念交变应力的概念 一一. . 产生交变应力的原因产生交变应力的原因 课本第课本第9191页页 火车轮轴火车轮轴 受外力受外力
2、P P 2. 2.载荷不变化，但构件载荷不变化，但构件 作周期性运动作周期性运动 循环特征循环特征 r = r = min min/ / max max 平均应力平均应力 m m = ( = ( min min+ + max max)/2 )/2 应力幅度应力幅度 a a = (= ( max max min min)/2 )/2 第一节第一节 交变应力的概念交变应力的概念 二二. . 相关概念相关概念 脉动循环脉动循环 r = 0r = 0 对称循环对称循环 r = -1r = -1 静应力静应力r=1r=1 ( ( minmin= =max max ) ) 课本第课本第9191页页 非对称
3、循环可以看成静应非对称循环可以看成静应 力力 mm上叠加一个应力幅 上叠加一个应力幅 为为 a a 对称循环对称循环 练练 习习 题题-计计 算算 r r m m a a 第二节第二节 疲劳的概念疲劳的概念 在交变应力作用下，疲劳破坏表现为脆性断在交变应力作用下，疲劳破坏表现为脆性断 裂，断裂前无明显的塑性变形，最大正应力低裂，断裂前无明显的塑性变形，最大正应力低 于材料的强度极限（或屈服极限）于材料的强度极限（或屈服极限） 粗糙区粗糙区 光滑区光滑区 裂纹源裂纹源 课本第课本第9292页页 疲劳失效特征疲劳失效特征 同一疲劳断口，同一疲劳断口， 一般都有明显的一般都有明显的 光滑区域和颗粒光
4、滑区域和颗粒 状区域。状区域。 光滑区域光滑区域 颗粒状区域颗粒状区域 疲劳失效原因分析疲劳失效原因分析 滑移带滑移带 初始裂纹初始裂纹 晶界晶界 疲劳失效概述疲劳失效概述 疲劳失效实例疲劳失效实例 疲疲 劳劳 引引 起起 的的 破破 坏坏 疲劳极限与应力寿命曲线疲劳极限与应力寿命曲线 疲劳试验装置疲劳试验装置 第三节第三节 持久极限持久极限 一一. . 材料的持久极限材料的持久极限 r r 由应力寿命曲线可知，当应力降到某一极限值时，试件由应力寿命曲线可知，当应力降到某一极限值时，试件 经历无限次循环而不发生疲劳，称为持久极限经历无限次循环而不发生疲劳，称为持久极限 r r ( (循环基数循
5、环基数 N N0 0 =10=10 7 7 或或N N 0 0 = 10= 10 8 8 ) ) maxmax 疲劳寿命疲劳寿命N N 1 1 2 2 寿命曲线寿命曲线 max1max1 max2max2 N N2 2N N1 1 -1 -1 课本第课本第9393页页 二二. . 影响构件持久极限的因素影响构件持久极限的因素 构件外形的影响构件外形的影响 构件尺寸的影响构件尺寸的影响 构件表面质量的影响构件表面质量的影响 第三节第三节 持久极限持久极限 课本第课本第9393页页 KK = = -1 -1 /( /( -1 -1 ) ) KK = ( = ( -1 -1 ) ) d d / /
6、-1 -1 = ( = ( -1 -1 ) ) / / -1 -1 三三. . 对称循环下构件的持久极限对称循环下构件的持久极限 -1 -1 0 0 =( =( /K K ) ) -1 -1 第四节第四节 提高构件疲劳强度的措施提高构件疲劳强度的措施 减缓应力集中减缓应力集中: :尽量避免出现尖角尽量避免出现尖角, ,在尺寸变化在尺寸变化 处采用半径足够大的过渡圆角处采用半径足够大的过渡圆角. . 降低表面粗糙度降低表面粗糙度: :对构件表面进行精细加工如对构件表面进行精细加工如 抛光抛光, ,磨光等磨光等, ,避免机械划痕避免机械划痕. . 增加表面强度增加表面强度: :对构件表面进行强化处
7、理对构件表面进行强化处理, ,如高如高 频淬火频淬火, ,渗碳渗碳, ,滚压等滚压等. . 课本第课本第9494页页 交变应力的概念交变应力的概念 第六章第六章 载荷作周期性变化载荷作周期性变化 载荷不变化，但构件作周期性运动载荷不变化，但构件作周期性运动 循环特征循环特征 r = r = min min/ / max max( (r r = -1, = -1, r r =0, =0, r r =1)=1) 平均应力平均应力 m m = ( = ( min min+ + max max)/2 )/2 应力幅度应力幅度 a a = (= ( max max min min)/2 )/2 maxm
8、ax N N 1 1 2 2 寿命曲线寿命曲线 max1max1 max2max2 N N2 2 N N1 1 -1 -1 材料的持久极限材料的持久极限 r r 化工设备设计基础化工设备设计基础 n n 第七章第七章 概述概述 n n 第八章第八章 内压薄壁容器设内压薄壁容器设 计基础计基础 n n 第九章第九章 内压薄壁圆筒和内压薄壁圆筒和 球壳设计球壳设计 n n 第十章第十章 内压容器封头的内压容器封头的 设计设计 n n 第十一章第十一章 外压容器设计外压容器设计 基础基础 n n 第十二章第十二章 容器零部件容器零部件 筒体筒体 封头封头 附件接管，附件接管， 支座，法兰支座，法兰
9、课本第课本第9696页页 第七章第七章 概述概述 n n 7.1 7.1 容器的结构和分类容器的结构和分类 n n 7.2 7.2 容器机械设计的基本要求容器机械设计的基本要求 n n 7.3 7.3 容器的标准化设计容器的标准化设计 n n 7.4 7.4 压力容器的标准简介压力容器的标准简介 n n 7.5 7.5 化工容器常用金属材料的基本性化工容器常用金属材料的基本性 能能 1.1.贮运设备贮运设备-贮槽，贮罐，槽车贮槽，贮罐，槽车 封头封头 人孔人孔 筒体筒体 接管接管, ,液液 面计面计 支座支座 课本第课本第9696页页 管法兰管法兰 2.2.反应设备反应设备-反应釜，聚合釜，变
10、换炉反应釜，聚合釜，变换炉 夹套夹套 电机电机 釜体釜体 减速机减速机 封头封头 人孔人孔 轴封装置轴封装置 联轴联轴 器器 支座支座 搅拌轴搅拌轴 搅拌器搅拌器 课本第课本第9696页页 设备法兰设备法兰 管法兰管法兰 3.3.换热设备换热设备-热交换器，冷却器，冷凝器热交换器，冷却器，冷凝器 筒体筒体 B B流体流体( ( 进进) ) 管箱管箱 封头封头 支座支座 A A流体流体( (出出 ) ) 管板管板 换热换热 管管 A A流体流体( ( 进进) ) B B流体流体( ( 出出) ) 课本第课本第9696页页 折流折流 板板 设备法兰设备法兰 4.分离设备-分离器，吸收塔，干燥塔等
11、栅板栅板 喷淋装置喷淋装置 瓷环瓷环 卸料孔卸料孔 封头封头 塔体塔体 课本第课本第9696页页 裙座裙座 卸料孔卸料孔 进气孔进气孔 液位计液位计 排液孔排液孔 7.1 7.1 容器的结构和分类容器的结构和分类 1.1.容器的结构容器的结构 n n 壳体（圆柱壳、球壳和椭球壳等壳体（圆柱壳、球壳和椭球壳等) ) n n 封头封头( (端盖端盖) ) n n 附件附件( (法兰、支座、接管，人孔和法兰、支座、接管，人孔和 手孔等手孔等) ) 课本第课本第9696页页 7.17.1容器的结构和分类容器的结构和分类 2. 2.容器的分类容器的分类 按照容器的形状：按照容器的形状： (1)(1)矩形
12、容器矩形容器 (2)(2)球形容器球形容器 (3)(3)圆筒形容器圆筒形容器 按照容器的壁厚：按照容器的壁厚： (1)(1)薄壁薄壁: :/D D i i 0.10.1或或K= K= D D 0 0 / /D D i i 1.21.2 (2) (2)厚壁厚壁 课本第课本第9797页页 7.17.1容器的结构和分类容器的结构和分类 2.2.容器的分类容器的分类 n n 按照承压性质和能力：内压和外压按照承压性质和能力：内压和外压 内压：容器内部压力大于容器外部介质压力内压：容器内部压力大于容器外部介质压力 (1)(1)常压：常压：p0.1MPap0.1MPa (2) (2)低压：低压： 0.10
13、.1 P P 1.6 1.6MPaMPa (3) (3)中压：中压： 1.61.6 P 10MPa P 10MPa (4) (4)高压：高压： 1010 P P 100 100MPa MPa (5) (5)超高压容器：超高压容器： P P 100MPa 100MPa 外压：容器外部压力大于容器内部压力外压：容器外部压力大于容器内部压力 课本第课本第9797页页 7.17.1容器的结构和分类容器的结构和分类 2.2.容器的分类容器的分类 n n 按照壁温：按照壁温： (1)(1)常温：壁温在常温：壁温在-20 200-20 200 C C 条件下工作条件下工作 (2)(2)高温：壁温达到材料蠕变
14、温度下工作高温：壁温达到材料蠕变温度下工作 (3)(3)中温：壁温在常温和高温之间工作中温：壁温在常温和高温之间工作 (4)(4)低温：壁温低于低温：壁温低于-20-20 C C条件下工作，条件下工作， 其中其中-40 -20-40 -20 C C 为浅冷容器；为浅冷容器； 低于低于-40-40 C C为深冷容器为深冷容器 课本第课本第9797页页 7.17.1容器的结构和分类容器的结构和分类 2.2.容器的分类容器的分类 n n 按照支承形式：按照支承形式： (1)(1)卧式容器卧式容器 (2)(2)立式容器立式容器 n n 按照结构材料：按照结构材料： (1)(1)金属制：钢制金属制：钢制
15、、铸铁及有色金属容器铸铁及有色金属容器 (2)(2)非金属制：硬聚乙烯非金属制：硬聚乙烯、 玻璃钢等玻璃钢等 课本第课本第9797页页 7.17.1容器的结构和分类容器的结构和分类 2. 2.容器的分类容器的分类 (1)(1)反应设备反应设备( (代号代号R)R)：主要完成介质的物理化学反应主要完成介质的物理化学反应 ，例如反应釜，例如反应釜、聚合釜聚合釜等等 (2)(2)换热设备换热设备( (代号代号E)E)：主要完成介质的热量交换，例主要完成介质的热量交换，例 如热交换器如热交换器、冷凝器冷凝器等。等。 (3)(3)分离设备分离设备( (代号代号S)S)：主要用于介质的流体压力平衡主要用于介质的流体压力平衡 和气体净化分离，例如过滤器和气体净化分离，例如过滤器、吸收塔吸收塔等。等。 (4)(4)贮运设备贮运设备( (代号代号C)C)：主要用于储存，盛装气体液主要用于储存，盛装气体液 体液化气体等介质，例如各种形式的贮罐体液化气体等介质，例如各种形式的贮罐、计量车计量车、 槽
