文档介绍：第九章外压薄壁圆筒与封头的设计
第一节概述
第二节临界压力
第三节外压圆筒的工程设计
第四节外压球壳与凸形封头的设计
第五节加强圈的设计
第一节概述
一、外压容器的失稳
二、容器失稳型式的分类
一、外压容器的失稳
外压容器:壳体外部压力大于壳体内部压力的容器。
应力特点:容器受到外压作用后,在筒壁内将产生经向和环向压缩应力。
失效类型:
强度破坏(很少发生);
失稳破坏(主要失效形式):外压圆筒筒壁内的压缩应力远低于材料的屈服点时,筒壁就已经被突然压瘪或发生褶绉,即在一瞬间失去自身原来的形状。
弹性失稳:筒体在外压作用下突然失去原来形状,应力也由失稳前的压缩应力为主变成以弯曲应力为主的复杂的附加应力。
二、容器失稳型式的分类
1. 侧向失稳
容器由于均匀侧向外压引起的失稳叫做侧向失稳,侧向失稳时壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形。
二、容器失稳型式的分类
1. 侧向失稳
二、容器失稳型式的分类
2. 轴向失稳
3. 局部失稳
薄壁圆筒在轴向外压作用下引起的失稳。失稳后仍具有圆形的环截面,但是破坏了母线的直线性,母线产生了波形,即圆筒发生了褶绉。
容器在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局部外压引起的局部失稳。
第二节临界压力
一、临界压力
二、影响临界压力的因素
三、外压圆筒的分类
四、临界压力的理论计算公式
五、临界长度
一、临界压力
承受外压的容器在外压达临界值之前,壳体也能发生弹性压缩变形;压力卸除后壳体可恢复为原来的形状。一旦当外压力增大到某一临界值时,筒体的形状发生永久变形,就失去了原来的稳定性。
导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力,以Pcr表示。
筒体在临界压力作用下,筒壁内存在的压应力称为临界压应力,以σcr表示。
二、影响临界压力的因素
1. 筒体几何尺寸
试验证明:影响筒体临界压力的几何尺寸主要有筒体的长度L、筒体壁厚S以及筒体直径D,并且:
⑴长度L一定时,S/D越大,圆筒的临界压力越高;
⑵圆筒的S/D相同,筒体越短临界压力越高;
⑶筒体的S/D和L/D值均相同时,存在加强圈得筒体临界压力高。
计算长度:指两个刚性构件(如法兰、端盖、管板及加强圈等)间的距离。对与封头相联的筒体来说,计算长度应计入凸形封头1/3凸面高度。
二、影响临界压力的因素
2. 筒体材料性能的影响
筒体的临界压力与材料的强度没有直接关系。材料的弹性模量E和泊松比μ值越大,抵抗变形的能力就越强,因而其临界压力也就越高。
【注意】钢材的E和μ值相差不大,选用高强度钢代替一般碳钢制造外压容器,不能提高筒体的临界压力。
3. 筒体椭圆度和材料不均匀
稳定性破坏主要原因不是壳体存在椭圆度或材料不均匀。因为即使壳体的形状很精确和材料很均匀,当外压力达到一定数值时也会失稳。
壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低,即能使失稳提前发生。
载荷不对称性,边界条件等因素