文档介绍：第十一章外压容器设计
一、外压容器失稳
外压容器:容器外部压力大于内部压力。
石油、化工生产中外压操作,例如:
石油分馏中的减压蒸馏塔、
多效蒸发中的真空冷凝器、
带有蒸汽加热夹套的反应釜
真空干燥、真空结晶设备等。
第一节概述
失稳的概念:
容器外压与受内压一样产生径向和环向应力,是压应力。也会发生强度破坏。
容器强度足够却突然失去了原有的形状,筒壁被压瘪或发生褶绉,筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形。这种在外压作用下,筒体突然失去原有形状的现象称弹性失稳。
容器发生弹性失稳将使容器不能维持正常操作,造成容器失效。
失稳现象的实质:
外压失稳前,只有单纯的压缩应力,在失稳时,产生了以弯曲应力为主的附加应力。
外压容器的失稳,实际上是容器筒壁内的应力状态由单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡。
㈠侧向失稳
由于均匀侧向外压引起失稳叫侧向失稳。
壳体横断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形,其波形数可以等于两个、三个、四个……。
㈡轴向失稳
薄壁圆筒承受轴向外压,当载荷达到某一数值时,也会丧失稳定性。
失稳,仍具有圆环截面,但破坏了母线的直线性,母线产生了波形,即圆筒发生了褶绉。
二、临界压力及其影响因素
临界压力:导致筒体失稳的外压,Pcr
临界应力:筒体在临界压力作用下,筒壁内的环向压缩应力,以scr表示。
外压低于Pcr,变形在压力卸除后能恢复其原先形状,即发生弹性变形。
达到或高于Pcr时,产生的曲波形将是不可能恢复的。
临界压力与哪些因素有关?
失稳是固有性质,不是由于圆筒不圆或是材料不均或其它原因所导致。
每一具体的外压圆筒结构,都客观上对应着一个固有的临界压力值。
临界压力的大小与筒体几何尺寸、材质及结构因素有关。
1. 筒体几何尺寸
长圆筒:刚性封头对筒体中部变形不起有效支撑,最容易失稳压瘪,筒体的L/D值较大,失稳时的临界压力与de/D有关,而与L/D 无关。出现波纹数n=2的扁圆形。
短圆筒:两端封头对筒体变形有约束作用,临界压力与de/D有关,而且与L/D 有关。失稳破坏波数n>2。
刚性圆筒:若筒体较短,筒壁较厚,即L/D0较小,de/D0较大,容器的刚性好,不会因失稳而破坏。