压力容器应力分析.ppt

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1、2压力容器应力分析2压力容器应力分析2.1回转薄壳应力分析2.1.1薄壳圆筒的应力2.1.2回转薄壳的无力矩理论2.1.3无力矩理论的基本方程2.1.4无力矩理论的应用2.1.5回转薄壳的不连续分析2.2薄壁圆筒应力分析2.2.1弹性应力2.2.2弹塑性应力2.2.3屈服压力和爆破压力2.2.4提高屈服承载能力的措施2压力容器应力分析2.3平板应力分析2.3.1概述2.3.2圆平板对称弯曲微分方程2.3.3圆平板中的应力2.3.4承受轴对称载荷时环板中的应力2.4壳体的稳定性分析2.4.1概述2.4.2外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析2.4.3其他

2、回转薄壳的临界压力2.5典型局部应力2.5.1概述2.5.2受内压壳体与接管连接处的局部应力2.5.3降低局部应力的措施2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析2.4.1概述一、失稳现象2、承受外压壳体失效形式：强度不足而发生压缩屈服失效刚度不足而发生失稳破坏（讨论重点）1、外压容器举例（1）真空操作容器、减压精馏塔的外壳（2）用于加热或冷却的夹套容器的内层壳体2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析过程设备设计3、失稳现象：承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸去后，壳体不能恢复原状，这

3、种现象称为外压壳体的屈曲（buckling）或失稳（instability）。定义:实质:从一种平衡状态跃到另一种平衡状态;应力从压应力变为弯应力。现象:横断面由圆变为波浪形，见表2-52压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析4、失稳类型：弹性失稳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。弹塑性失稳（非弹性失稳）当回转壳体厚度增大时，壳体中的压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。2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析本节讨论：受周向均匀外压薄壁回转壳体的弹性失稳问题5、受

4、外压形式：pb周向pa轴向pc周轴向2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析二、临界压力1、临界压力壳体失稳时所承受的相应压力，称为临界压力，用pcr表示。2、失稳现象外载荷达到某一临界值，发生径向挠曲，并迅速增加，沿周向出现压扁或波纹。见表2-52压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析3、影响pcr的因素：pcr与圆柱壳端部约束之间距离和圆柱壳上两个刚性元件之间距离L有关；pcr随着壳体材料的弹性模量E、泊松比μ的增大而增加；非弹性失稳的pcr还与材料的屈服点有关。对于给定外直径Do和厚度t2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析注意:外压容器失

5、稳的根本原因是由于壳体刚度不足，并不是由于壳体存在椭圆度或材料不均匀所致。即椭圆度和材料不均匀对失稳的性质无影响，只影响使pcr↓。2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析3.5.2外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析目的求、、理论理想圆柱壳小挠度理论假设2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析外压圆筒分成三类：长圆筒L/Do和Do/t较大时，其中间部分将不受两端约束或刚性构件的支承作用，壳体刚性较差，失稳时呈现两个波纹，n=2。短圆筒L/Do和Do/t较小时，壳体两端的约束或刚性构件对圆柱壳的支持作用较为明显，壳体刚

6、性较大，失稳时呈现两个以上波纹，n＞2。刚性圆筒L/Do和Do/t很小时，壳体的刚性很大，此时圆柱壳体的失效形式已经不是失稳，而是压缩强度破坏。2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析一、受均布周向外压的长圆筒的临界压力二、受均布周向外压的短圆筒的临界压力三、临界长度四、周向外压及轴向载荷联合作用下的失稳五、形状缺陷对圆筒稳定性的影响六、非弹性失稳的工程计算2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析一、受均布周向外压的长圆筒的临界压力2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析c、圆环的挠曲微分方程：(2-87)式圆环失稳时的临界压力：2、仅受周向均布外

7、压的长圆筒临界压力计算公式：圆筒抗弯刚度代替EJ，用DO代替D，长圆筒临界压力：长圆筒临界应力：（2-92）（2-93）2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析二、受均布周向外压的短圆筒的临界压力（2-97）拉姆公式，仅适合弹性失稳2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析a.Mises式(2-94):对长、短圆筒均适用。b.Pamm式(2-97):只适用于短圆筒,且弹性失稳＜c.Bresse式(2-92):只适用于长圆筒,且弹性失稳＜2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析L>Lcr——长圆筒L

8、压力相等（2-98）三、临界长度Lcr区分长、短圆筒用特征长度Lcr2压力容器应力分析2.4壳体稳定性分析四、周向外压及轴向载荷联合作用下的失稳a、受均布轴向压缩载