第九章外壓容器與壓桿的穩(wěn)定計算化工機械設(shè)備基礎(chǔ)

1、第九章外壓容器與壓桿的穩(wěn)定計算外壓容器的失穩(wěn)二外壓筒環(huán)向穩(wěn)定計算三封頭的穩(wěn)定計算外壓圓筒加強圈的設(shè)計五壓桿穩(wěn)定計算簡介筒的軸向穩(wěn)定校核第一節(jié)外壓容器的失穩(wěn)一概述廠1外壓容器的失穩(wěn)均勻外壓容器壁 內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力；外壓在小于一定值時一 保持穩(wěn)定狀態(tài)；夕卜壓達(dá)到一定值時,容 器就失去原有穩(wěn)定性突然 癟塌,變形不能恢復(fù)。矢穩(wěn)FIhIt壓桿失穩(wěn)過程中應(yīng)力的變化=C7壓A (1) 壓力小于一定值時,卸掉載荷,壓桿恢復(fù)原形。(2) 壓力達(dá)到_定值時,壓桿突然彎曲變形,變形不 能恢復(fù)。(3) 失穩(wěn)是瞬間發(fā)生的,壓應(yīng)力突然變?yōu)閺澢鷳?yīng)力。外壓容器失穩(wěn)的過程失穩(wěn)前 殼壁內(nèi)存在有壓應(yīng)力，外壓卸 掉后變形完全恢復(fù)； 失穩(wěn)

2、后,殼壁內(nèi)產(chǎn)生了以彎曲應(yīng)力為主 的復(fù)雜應(yīng)力。失穩(wěn)過程是舜間發(fā)生的。2容器失穩(wěn)型式分類(1)側(cè)向失穩(wěn)載荷側(cè)向外壓變形：橫截面由圓型突變?yōu)椴ㄐ?2)軸向失穩(wěn)男i& :I形 失變變經(jīng)線變?yōu)椴ㄐ?3)局部失穩(wěn)載荷:局部壓力過大癟塌慮塌局部范圍的殼體壁內(nèi)的壓應(yīng)力突變?yōu)閺澢鷰炝??？谶M圓筒珂定呼/臨界壓力()臨界壓力概念(Per)導(dǎo)致筒體失穩(wěn)的壓力稱為該筒體的臨界壓力。筒體抵抗失穩(wěn)的能力此時筒壁內(nèi)存在的壓應(yīng)力稱為臨界壓應(yīng)力 以二個波三個詼四牛玻當(dāng)外壓低于臨界壓力(ppcr)二個波三個玻四個玻時,壁內(nèi)壓縮應(yīng)力和變形發(fā)生突變,變形 不能恢復(fù)影1筒體材料性能的影響(1)筒體失穩(wěn)時壁內(nèi)應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料屈服點(2)臨界

3、壓力的計算公=2.59E與材料的強度沒有直接關(guān)系。6)2.5瓦L與材料的彈性模量(E)和泊桑比(有 直接關(guān)系。2筒體幾何尺寸的影響序號筒徑Dmm筒長Lmm有無 加強圈壁厚5mm臨界壓力per mm水柱190175無0.51500290175無0.3300390350無0.3120-150490350有0.3300結(jié)論:1）比較1和2 , L/D相同時,6/D大者高;3）比較3和4,8/D,L/D相同時,有加強圈者p“高.2）比較2和3,6/D相同時,L/D小者P高；筒體失穩(wěn)不是因為它存在橢圓度或材料不 均勻而引起的。但是，筒體存在橢圓度或材 料不均勻 塔的內(nèi)徑為 200cm f塔身長度為600

4、cm f封頭深度為 50cm ,分憎塔在250C及真空條件下操作。現(xiàn)庫存有9. 12. 14mm厚的Q245R鋼板。問 能否用這三種鋼板來制造這臺設(shè)備。鋼板的腐蝕 裕量為l5mm。解:塔的計算長度LL=600+2xl/3x50=634cm8e = 9 0.3 1.5二 7e2mmL/D0=634/ ( 200+ 1.44) = 3.15Dq/ 8e =201.4/0.72=287查圖97得出A=0e000082查圖9-10得出，A值位于曲線左邊，故直 接用下式計算訕二爲(wèi)）匹 mDoQ245R鋼板在250C時的E=l86xlO5MPa可得: p=0.035MPa0.1IVIPa 9mm鋼板不能用

5、。例：如果庫存僅有9mm厚的鋼板f而且要求用它制造上例中的分憎塔體 應(yīng)該采取什么措施?解:根據(jù)式9-2可知筒體長度L與失穩(wěn)時的臨界壓力之間的定量關(guān)系是:2.6EDo& 尸 2.6EDo&) q _ qPermp= 9 一 0.3 1.5 = 7.2mmp = O.lMPam = 3E = l.S6x05MPaDq = 2000 + 2x7.2 = 2014mm 7 2 A2.6xL69x105x2014 厶一=2480mm丁=(2014 丿3x0.1安裝兩個加強圈 加強圈的間距可確定為6340/3=2113mmo知識回顧:1.臨界壓力、臨界壓應(yīng)力厶影響臨界壓力的因素3.4.臨界長度f計算長度(

6、2)25 D p2.59E-6圓筒穩(wěn)定計算步驟:1假設(shè)6,算出G定出L/D。 和 Do/6e。2根據(jù)L/D。和Do/6e ,查圖9-7 ,得到w ( A)e3根據(jù)所使用的材料,選出相應(yīng)的BA曲線,A在曲線的左邊,按b=Bo 值從曲線中查出。在曲線右邊,B圓筒穩(wěn)定計算步驟:4算出P。5與設(shè)計壓力相比較。一、外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算（一）外壓球殼1外壓球殼的臨界壓力、應(yīng)變、許用壓力mage臨界壓力p = 2Er crs/ 2臨界應(yīng)力:“R合一陥二如=o.6O5E 2 氏No R臨界應(yīng)變:w甲=0.60JageER許用應(yīng)力：p = - = 2.巧=2Qms msR msRn 2若令：Bs acr

7、s叫則得：Ip Bs如A值?。? = 8crs叫6R=0.605 R以上計算建立在iUs=3 f球殼的穩(wěn)定系數(shù) ms=14.52 f為了協(xié)調(diào)這個矛盾f則：A值應(yīng)取:A4.84No 得出相應(yīng)結(jié)論。（二）外壓凸形封頭例:確定上例題所給精憎塔標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 的壁厚”封頭材料為Q245R。解龍=12-(0.3 + 15 + 2) = 8.2R = 090 = 0.9 x 2000 = 1800mmQ o4 = 0.125 么=0.125 x 上么=0.00057R1800查圖9-10得：E = IQMPaP = Bs = 10xKO乙1800NoImage=0,32MPa例:_臺新制成的容器,圖紙標(biāo)注的

8、主要 尺寸及技術(shù)特性如下： 筒體內(nèi)徑Dj=lm ;筒長L=2m ; flJ18e=10mm;橢圓形封頭的內(nèi)曲面高度hi=250mm;直邊高度.ho=4Omm;封頭厚度設(shè)計壓力（內(nèi)壓） p=1MPa;igitSmt=120C;t?Sl數(shù)屮=0.85 ;材 料Q235-B ;腐蝕裕量C2=25mm。試計算該容器的許 可內(nèi)壓和許可外壓。解:1計算許可內(nèi)壓 筒體與標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的許可內(nèi)壓均可按同一公式計算f即： 根據(jù)題意：心尹M5e Scx c2= 10 0.8 2.5 = 6.7mmDj = 1000mm52crr = 11 IMP a將上述各值代入得：歷=2 xx 111 x 0.85 = 1.2

9、6AZPQ 10002 計算許可外壓“age2247mm筒體計算長度: L = 2000 + 2x40 + 2x-x 250 =8 = 6.7mm2247W20二 2.21000 + 20= 152No查圖97得A=0.00033查圖9-10 得 B=44MPap = B2DZT 7= 44x- = 0.29MPq標(biāo)準(zhǔn)橢形封頭Rj = 0.9Dj = 900mm.= 6.1mmIl匕Ca aA = 0.125 = 0.125x = 0.00093&900查圖 9-10 得 B = 113MPae口 an = B- = 113x = 0.84MP(7&900二防止內(nèi)壓凸形封頭失穩(wěn)的規(guī)定內(nèi)壓凸形封

10、頭的最小厚度:0.1. 折邊半徑的蝶彭對頭：3 e 1000標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭和折邊半徑=0.17% ,球面半徑Rd=09Di的碟形封頭：第四節(jié)外壓圓筒加強圈的設(shè)計一加強圈的作用與結(jié)構(gòu)（一）加強圈的作用由短圓筒的臨界壓力公式:Per = 2.59E /2尸LD可知在圓筒的Do.是確定的情況下f減小L值f可提高臨界壓力,從而提高許用操作外壓力。加強圈的作用:縮短圓筒計算長度，提高圓筒剛度。（二）加強圈的結(jié)構(gòu)1加強圈的抵抗外壓能力一抗彎能力 有抵抗能力的部分:加強圈和圓筒有效段。的結(jié)構(gòu)形式二加強圈的間距由鋼制短圓筒臨界壓力公式:式中Ls作為加強圈間距mm當(dāng)Do和6已定,所需加強圈最大間距為:加強圈個數(shù)

11、:n = ( L / Ls ) - 1三加強圈與筒體的連接加強圈安裝在筒體外面:加強圈安裝在筒體內(nèi)部:T加強圈與筒體的連接:間斷焊見GB150規(guī)定。乜至節(jié)計算簡介一理想壓桿的臨界載荷壓桿的臨界載荷:Image =抗彎剛度（心長度系數(shù)例:用直徑為72mm的圓鋼作立柱f材料為Q235-AF f立柱高3m f長度系數(shù)尸試 求Pcr =Feix2xl05 xl3.2xl05(lx 3000)2解該立腳觸載腿輙麟荷R。解：4jr/ = (72)2 =13.2xl05mm264Ps=Aas =4071x235 = 9567N66=289.50V二、臨界應(yīng)力歐拉公式的適用范壓桿的臨界應(yīng)力：b丄空Lcr A

12、(M)UNoi = i2A nage截面圖形的慣性半徑:壓桿的臨界應(yīng)力:TTEi1 _ 7T2E(M)2 (晝)2i壓桿的柔度：Z壓桿的臨界應(yīng)力:cr7T2E7l2EN。Image大柔度壓桿或細(xì)長壓桿:柔度大于 入p的壓桿三、柔度入V入p的壓桿臨界應(yīng)力的甘算_應(yīng)4=a b 才壓桿的柔度越小 其臨界應(yīng)力越接近材料 的強度破壞應(yīng)力。IllTavic例.移動式起重機的起重臂AB f可視為兩 端絞支 長度系數(shù)桿長L=56m f截 面的夕bSD=115mm f內(nèi)徑d=105mmf如圖 所示.材料為Q235-AE其彈性模量 E=206xl03MPao試求壓桿AB的I礙應(yīng)力。 uL6” = Z =-解:由表

13、93查得空心圓截面的慣性半徑i是:i = 丫+護=*(115)2+(105)( = 38.9mm代入式9-30可得: jllL 5600= 144A =I 38.9由表94查得Q235-AF鋼的Ap=123 ,可見入 心. 壓桿屬大柔度桿按歐拉公式計算：7T2E3.142(206x1()3)(144)2=9SMPa例:圖930所示為一矩形截面鋼桿,截面 尺寸單位為mm,長06m ,材料為Q235-A.F 桿端支承情況：在xy平面內(nèi)失穩(wěn)時,卩=1;在xz平面內(nèi)失穩(wěn)時,卩=05。試求軸向受 壓時的臨界應(yīng)力。解:桿在xy平面內(nèi)失穩(wěn)卩=1 ,由93表可查 出：i =30/ 2-/3 = 8.66mm桿在xy平面內(nèi)的柔度gy為:= 600 =69iz 8.66桿在XZ平面內(nèi)失穩(wěn)JI=O5 f由9