外压圆筒与封头的设计课件.ppt

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1、第十章外压圆筒与封头的设计§10.1概述1稳定的概念平衡是稳定的平衡是不稳定的稳定是针对平衡而言，平衡有两种：稳定平衡和不稳定平衡。稳定也是保持构件安全正常工作的条件。问题：1）哪一类构件存在着“稳定”的问题？2）怎样保证构件具有足够的稳定性？ABB2B12压杆的失稳压力小于一定值时，卸掉载荷，压杆恢复原形。压力达到一定值时，压杆突然弯曲变形，变形不能恢复。失稳是瞬间发生的，压应力突然变为弯曲应力。3外压容器的失稳均匀外压——容器壁内产生压应力；外压在小于一定值时，保持稳定状态；外压达到一定值时，

2、容器就失去原有稳定性突然瘪塌，变形不能恢复——失稳外压容器是指容器的外部压力大于内部压力的容器。在石油、化工生产中，处于外压操作的设备是很多的，例如石油分馏中的减压蒸馏塔、多效蒸发中的真空冷凝器、带有蒸汽加热夹套的反应釜以及真空干燥、真空结晶设备等4外压容器失稳的过程失稳前，壳壁内存在有压应力，外压卸掉后变形完全恢复；失稳后，壳壁内产生了以弯曲应力为主的复杂应力。失稳过程是瞬间发生的。内压容器与外压容器的失效的区别失效本质应力状况形状缺陷的影响失效过程5容器失稳型式的分类（1）侧向失稳载荷——均匀

3、侧向外波形压变形——横截面由圆形突变为波形6（2）轴向失稳载荷——轴向外压变形——经线变为波形失稳时经向应力由压应力突变为弯曲应力。（3）局部失稳载荷——局部压力过大局部范围的壳体壁内的压应力突变为弯曲应力。7§10.2临界压力8临界压力的概念当外压低于临界压力（P＜Pcr)时,压缩变形可以恢复；当外压等于临界压力（P=Pcr）时，壁内压缩应力和变形发生突变，变形不能恢复。导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力Pcr——筒体抵抗失稳的能力。此时筒壁内存在的压应力称为临界压应力，以σcr表示。9——

4、与材料的弹性模量（E)和泊桑比(μ)有直接关系。1.筒体材料性能的影响影响临界压力的因素2）临界压力的计算公式1）筒体失稳时壁内应力远小于材料屈服点——与材料的强度没有直接关系。102.筒体几何尺寸的影响实验：试件是四个赛璐璐制的圆筒，筒内抽真空，测定失稳时的真空度。序号筒径(D)／mm筒长(L)／mm筒中间加强圈壁厚(δ)／mm失稳时的真空度(mmHg)190175无0.51500290175无0.3300390350无0.3120~150490350有一个0.3300结论:1)比较1和2，L/

5、D相同时，S/D大者pcr高，；2)比较3和2，S/D相同时，L/D小者pcr高；3)比较3和4，S/D,L/D相同时，有加强圈者pcr高.113.圆筒的椭圆度和材料不均匀性的影响筒体失稳不是因为它存在椭圆度或材料不均匀而引起的。但是，筒体存在椭圆度或材料不均匀，会使其失稳提前发生。椭圆度e=(Dmax–Dmin)/DN12长圆筒、短圆筒及刚性圆筒1.钢制长圆筒临界压力公式：从上述公式看，影响长圆筒临界压力的因素如何？除了与材料物理性质（E,μ）有关外，几何方面只与厚径比（δe/DO)有关，与长径

6、比（L/DO)无关。试验结果证明：长圆筒失稳时的波数为2。132.钢制短圆筒临界压力公式：L为计算长度从公式看，短圆筒临界压力大小与何因素有关？除了与材料物理性质有关外，与圆筒的厚径比和长径比均有关。试验结果证明：短圆筒失稳时的波数为大于2的整数。143.刚性圆筒刚性圆筒——不会因失稳而破坏。破坏形式是强度破坏，即压缩应力σs许用外压力计算公式为：154.临界长度介于长圆筒与短圆筒之间，介于短圆筒与刚性圆筒之间的长度均称为临界长度。确定临界长度的方法：由长圆筒的临界压力等于短圆筒的临界压力——长圆

7、筒与短圆筒之间的临界长度为：——短圆筒与刚性圆筒之间的临界长度L’cr。计算长度L＞Lcr时，圆筒为长圆筒；L’cr＜L＜Lcr为短圆筒；L＜L’cr:为刚性圆筒。165.计算长度的确定（1）有加强圈的筒体取相邻两加强圈的间距。（2）与凸形封头相连的筒体，计算长度计入封头内高度的1/3。（参见P128图5-3）17§10.3外压圆筒的工程设计18设计时必须保证计算压力满足下式：式中m——稳定安全系数。圆筒、锥壳取3.0；球壳、椭圆形及碟形封头取15。m的大小取决于形状的准确性（加工精度）、载荷的对

8、称性、材料的均匀性等等。设计准则19外压圆筒壁厚设计的图算法1.算图的由来思路：由已知条件（几何条件：L/Do，Do/δe以及材质，设计温度）确定许用外压力[p]，判断计算压力是否满足：Pc≤[P]几何条件稳定条件材料的σ～ε曲线20筒体的有效壁厚外压圆筒失稳时的临界压力计算式钢制长圆筒：钢制短圆筒：筒体的外径筒体的计算长度在计算一已知几何尺寸圆筒的Pcr之前，需判断：１）计算Lcr，判断所给圆筒是长圆筒，还是短圆筒；２）判断筒体失稳时的环向压缩应力σcr是否小于或等于材料的比例极