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压力容器设计-外压薄壁圆筒的稳定性计算.ppt

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压力容器设计-外压薄壁圆筒的稳定性计算.ppt
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压力容器生产工艺流程框图,第四章 外压容器设计,外压容器,真空操作容器、减压精馏塔的外壳,用于加热或冷却的夹套容器的内层壳体,,第一节 概述,第一节 概述,一、外压容器的稳定性,承受外压壳体失效形式,强度不足而发生压缩屈服失效,当外压达到一定的数值时,壳体的径向挠度随压缩应力的增加急剧增大,直至容器压扁,这种现象称为外压容器的失稳或屈曲。(讨论重点),,外压容器的失效形式,,第一节 概述,,失稳类型:,t与D比很小的薄壁回转壳,失稳时,器壁的压缩应力通常低于材料的比例极限,称为弹性失稳。,当回转壳体厚度增大时,壳体中的应力超过材料屈服点才发生失稳,这种失稳称为弹塑性失稳或非弹性失稳。,弹塑性失稳 (非弹性失稳),弹性失稳,,第一节 概述,受外压形式:,讨论:受周向均匀外压薄壁回转壳体的弹性失稳问题,第一节 概述,二、稳定性问题的基本概念,临界压力是表征外压容器抗失稳能力的重要参数,——使外压容器失稳的最小外压力,临界压力(pcr),第一节 概述,薄壁圆筒受侧向均布外力作用,一旦达到临界压力时,沿周向将形成几个波。,n=2,n=3,n=4,对于给定尺寸的圆筒,波数主要决定于圆筒端部的约束条件和这些约束之间的距离。,,,第一节 概述,外压圆筒的稳定条件,m—稳定性安全系数,圆筒m=3,影响外压圆筒临界压力的主要因素,(1)材料的E、μ (2)结构尺寸D、t、L (3)圆筒的形状偏差,第一节 概述,第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算,第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算,基于以下假设:,①圆柱壳厚度t与半径D相比是小量, 位移w与厚度t相比是小量。,②失稳时圆柱壳体的应力仍处于弹性范围。,目的,理论,理想圆柱壳小挠度理论,,线性平衡方程 和挠曲微分方程,外压圆筒,长圆筒—L>Lcr,失稳波数n=2,pcr与L无关,刚性筒—失效形式不是失稳,而是压缩屈服破坏,,短圆筒—L<Lcr,失稳波数n>2,pcr与L有关,第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算,对于钢质圆筒(μ=0.3):,长圆筒的临界压力计算公式:,临界应力(临界压力在圆筒壁中引起的周向压缩应力):,第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算,(3)对于薄壁圆筒,使长圆筒失稳的压力(pcr)远远小于使长圆筒屈服的压力(ps),即失稳破坏先于强度破坏。,注意,(1)长圆筒临界压力与圆筒的计算长度无关,(2)长圆筒抗失稳能力与E有关,而各类钢的弹性模量变化不大,因此采用高强度钢代替低强度钢,只能提高圆筒的强度,而不能显著提高其抗失稳能力。,第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算,短圆筒的临界压力,短圆筒的临界应力,第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算,第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算,带加强圈的圆筒,,带加强圈的外压圆筒,第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算,受均布轴向压缩载荷 圆筒的临界应力,轴向压缩圆筒失稳的形状,(a)非对称形式;(b)对称形式,(a),(b),第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算,本节重点,(1)失稳、临界压力、临界长度概念; (2)典型受载条件下圆筒临界压力(或应力)计算公式 。,本 节 完,谢谢大家!,减压操作设备,带夹套搅拌釜,容器韧性断裂外观,
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