圆筒设计（外压）解析课件.ppt

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1、过程设备设计4.3.2.4外压圆筒设计工程设计方法主要内容加强圈的设计计算有关设计参数的规定圆筒轴向许用应力的确定图算法原理难点重点过程设备设计4.3.2.4外压圆筒设计复习pppabc受周向均匀外压薄壁回转壳体的弹性失稳问题临界压力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。壳体失稳时所承受的相应压力，称为临界压力，用Pcr表示。4.3.2.4外压圆筒设计过程设备设计4.3.2.4外压圆筒设计外压圆筒分成三类：长圆筒两端的边界影响可以忽略，压瘪时波数n=2，临界压力Pcr仅与t/Do有关，而与L/Do无关。短圆筒两端的边界影响显著，压瘪时波数为n

2、＞2的正整数，Pcr不仅与t/Do有关，而且与L/Do有关。刚性圆筒这种壳体的L/Do较小，而t/Do较大，故刚性较好。其破坏原因是由于器壁内的应力超过了材料屈极限所致。计算时，只要满足强度要求即可。4.3.2.4外压圆筒设计过程设备设计4.3.2.4外压圆筒设计长圆筒临界压力：（2-97）（2-92）短圆筒临界压力：临界长度Lcr：（2-98）4.3.2.4外压圆筒设计过程设备设计4.3.2.4外压圆筒设计外压圆筒设计解析法图算法一、解析法求取外压容器许用压力①假设筒体的名义厚度δn；②计算有效厚度δe；③求出临界长度Lcr，将圆筒的外压计算长度L与Lcr进行比较，判断圆筒属于长

3、圆筒还是短圆筒；4.3.2.4外压圆筒设计过程设备设计⑥比较设计压力p和[p]的大小。若p≤[p]且较为接近，则假设的名义厚度δn符合要求；否则应重新假设δn，重复以上步骤，直到满足要求为止。特点：反复试算4.3.2.4外压圆筒设计⑤选取合适的稳定性安全系数m，计算许用外压[p]=④根据圆筒类型，选用相应公式计算临界压力Pcr；解析法求取外压容器许用压力4.3.2.4外压圆筒设计过程设备设计假设：圆筒仅受径向均匀外压，而不受轴向外压，与圆环一样处于单向（周向）应力状态。厚度t改为有效厚度δe，得：二、图算法原理（标准规范采用）将式（2-92）（2-97）4.3.2.4外压圆筒设计难

4、点4.3.2.4外压圆筒设计过程设备设计长圆筒临界压力短圆筒临界压力4.3.2.4外压圆筒设计二、图算法原理（续）4.3.2.4外压圆筒设计过程设备设计4.3.2.4外压圆筒设计（4-21）不论长圆筒或短圆筒，失稳时周向应变（按单向应力时的虎克定律）为：为避开材料的弹性模量E（塑性状态为变量），采用应变表征失稳时的特征。圆筒在Pcr作用下，产生的周向应力二、图算法原理（续）代入长圆筒、短圆筒临界压力公式4.3.2.4外压圆筒设计过程设备设计将长、短圆筒的Pcr公式分别代入应变式中，得长圆筒（4-22）短圆筒（4-23）（4-24）4.3.2.4外压圆筒设计二、图算法原理（续）4.3

5、.2.4外压圆筒设计过程设备设计（1）几何参数计算图：L/Do—Do/δe—A关系曲线4.3.2.4外压圆筒设计与材料弹性模量E无关，对任何材料的筒体都适用令，以A作为横坐标，L/Do作为纵坐标，Do/δe作为参量绘成曲线；见图4-6长圆筒——与纵坐标平行的直线簇，失稳时周向应变A与L/Do无关；短圆筒——斜平行线簇，失稳时A与L/Do、Do/δe都有关。A=εcr注意二、图算法原理（续）4.3.2.4外压圆筒设计4.3.2.4外压圆筒设计图4-6外压或轴向受压圆筒和管子几何参数计算图（用于所有材料）εcr特点过程设备设计4.3.2.4外压圆筒设计（2）厚度计算图（不同材料）：B—

6、A关系曲线已知L/Do，Do/δe查几何算图周向应变A（横坐标）找出A—Pcr的关系（类似于εcr—σcr）判定筒体在操作外压力下是否安全（图4-6）4.3.2.4外压圆筒设计过程设备设计4.3.2.4外压圆筒设计临界压力Pcr，稳定性安全系数m，许用外压力[p]，故pcr=m[p]代入式（4-21）整理得：（4-21）（2）厚度计算图（不同材料）：B—A关系曲线（续）令B=二、图算法原理（续）4.3.2.4外压圆筒设计过程设备设计4.3.2.4外压圆筒设计（4-25）GB150，ASMEⅧ-1均取m=3，代入上式得：建立B与A的关系图εcrσcrAB（2）厚度计算图（不同材料）：

7、B—A关系曲线（续）二、图算法原理（续）4.3.2.4外压圆筒设计过程设备设计4.3.2.4外压圆筒设计（2）厚度计算图（不同材料）：B—A关系曲线（续）若利用材料单向拉伸应力——应变关系对于钢材（不计Bauschinger效应），拉伸曲线与压缩曲线大致相同，将纵坐标乘以2/3，即可作出B与A的关系曲线。二、图算法原理（续）以A和B为坐标轴得厚度计算图（以ε—σ为基础），图4-7～图4-9为几种常用钢材的厚度计算图。温度不同，曲线不同。4.3.2.4外压圆筒设计过程设