压力容器设计（华东理工） 课件.ppt

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1、第四章外压容器设计第一节概述第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算第三节外压圆筒的设计计算第四节外压封头和法兰设计1第一节概述一、外压容器的失效形式外压容器的失效形式有两种：发生压缩屈服破坏;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。2第一节概述二、临界压力外压容器发生失稳时的相应压力称为临界压力。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。外压圆筒的失稳形态3第一节概述临界压力临界压力除与圆筒材料的E、μ有关外，主要和圆筒长度与直径之比值、壁厚与直径的比值有关。早期对外压圆筒的分析是按照理想圆柱壳线性小挠度

2、理论进行的，但失稳实验表明该分析结果不正确，根本原因壳体失稳本质上是几何非线性问题，，所以失稳分析应按非线性大挠度来考虑。4第一节概述临界压力表述与许用设计外压的确定[p]Pcr/m[P]－许用设计外压，MPaPcr－临界压力，MPam－稳定系数，我国钢制压力容器标准取m=35第一节概述外压容器的设计参数1、设计压力和液压试验压力设计压力P设：正常工作过程中可能产生的最大内外压差。真空容器：有安全装置，取（1.25Pmax，0.1MPa）中的较小值；无有安全装置，取0.1MPa夹套容器：内部真空，真空容器设计压力＋夹套设计压力；应考虑容器可能出现的最大压差的危险工况。如内筒泄漏、夹套液压

3、试验等工况…6第一节概述1、设计压力和液压试验压力试验压力PT：不带夹套的外压容器，按内压试验；带夹套外压容器，夹套试验压力按外压容器，但必须校核内筒的稳定性真空容器以内压作压力试验；7第一节概述外压容器的设计参数2、外压筒体计算长度L：指筒体上两个刚性构件如封头、法兰、加强圈之间的最大距离。对于凸形端盖：L＝圆筒长＋封头直边段＋端盖深度对于法兰：L＝两法兰面之间的距离对于加强圈：L＝加强圈中心线之间的距离8第一节概述外压容器的设计参数3、外压容器的设计计算“设计规定”稳定性系数m＝3，此时要求圆筒的不圆度e0.5%Dg，且e25mm.9第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算一、受均布侧向外压的长

4、圆筒的临界压力二、受均布侧向外压短圆筒的临界压力三、轴向受压圆筒的临界应力10一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力基本概念：长圆筒与短圆筒当圆筒的长度与直径之比较大时，其中间部分将不受两端封头或加强圈的支持作用，弹性失稳时形成n=2的波数，这种圆筒称为长圆筒，长圆筒的临界压力与长度无关，仅与圆筒厚与直径的比值有关。当圆筒的长度与直径之比较小，失稳波数大于2时，称为短圆筒。11一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力基本概念：长圆筒临界压力：短圆筒临界压力：12一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力基本概念：圆筒处于临界状态时的应力13一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力(一)圆环的挠度曲线微分方程1

5、4一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力(二)圆环的临界压力式中：Pcr---沿圆环单位周长上的载荷；t---圆环的壁厚；R---圆环中性面的半径，D=2R；E---圆环材料的弹性模量。15一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力(三)长圆筒的临界压力公式16二、受均布侧向外压短圆筒的临界压力(一)未加强圆筒的临界压力(二)临界长度(三)带加强圈的圆筒或17二、受均布侧向外压短圆筒的临界压力式中C为修正系数，与Ri/t的比值有关，见下图曲线：一般工程上Ri/t<500，取Ri/t=500，C18三、轴向受压圆筒的临界应力=stE()Rcr213m-CicrREt.=s式中C为修正系数，与Ri/t的比

6、值有关，见下图曲线：一般工程上Ri/t<500，取Ri/t=500，C19四、非弹性失稳的工程计算对于弹性失稳，临界压力与材料强度无关，对于非弹性失稳，临界压力与材料的强度性有关20第三节外压圆筒的设计计算一、解析法二、图算法21第三节外压圆筒的设计计算一、解析法基本原则：对于长圆筒：L>Lcr，对于短圆筒：LLcr,22第三节外压圆筒的设计计算一、解析法:计算步骤1、假设壁厚tn，计算筒体长度L，t=tn-C;2、计算Lcr,，判断L是否大于Lcr；对于长圆筒：L>Lcr，对于短圆筒：LLcr，3、比较P和[P]，若P[P]且较接近，则假设的tn符合要求；4、计算，工程上23第三节外压

7、圆筒的设计计算一、图算法的原理取两个参数A、B24第三节外压圆筒的设计计算二、图算法的计算步骤1、假设壁厚tn，计算筒体长度L，t=tn-C;2、计算L/Do、Do/t，查A，若L/Do>50，用L/Do＝50查A；3、由A值向上引垂线，查B值，若交不到，则说明圆筒已发生弹性失稳，B值按下式计算计算4、比较P和[P]，若P[P]且较接近，则假设的tn符合要求25一、图算法的基本原理26二、图算法