壓力容器設(shè)計-外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計算

1、第四章 外壓容器設(shè)計外壓容器外壓容器真空操作容器、減壓精餾塔的外殼真空操作容器、減壓精餾塔的外殼用于加熱或冷卻的夾套容器的內(nèi)層殼體用于加熱或冷卻的夾套容器的內(nèi)層殼體第一節(jié) 概述第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、外壓容器的穩(wěn)定性一、外壓容器的穩(wěn)定性承受外壓承受外壓殼體失效殼體失效形式形式強度不足而發(fā)生壓縮屈服失效強度不足而發(fā)生壓縮屈服失效當外壓達到一定的數(shù)值時，殼體的徑當外壓達到一定的數(shù)值時，殼體的徑向撓度隨壓縮應(yīng)力的增加急劇增大，向撓度隨壓縮應(yīng)力的增加急劇增大，直至容器壓扁，這種現(xiàn)象稱為外壓容直至容器壓扁，這種現(xiàn)象稱為外壓容器的失穩(wěn)或屈曲。（討論重點）器的失穩(wěn)或屈曲。（討論重點）外壓容器的失效形式外壓

2、容器的失效形式第一節(jié) 概述失穩(wěn)類型：失穩(wěn)類型：t與與D比很小的比很小的薄壁回轉(zhuǎn)殼薄壁回轉(zhuǎn)殼，失穩(wěn)，失穩(wěn)時，器壁的壓縮應(yīng)力通常低于材時，器壁的壓縮應(yīng)力通常低于材料的比例極限，稱為彈性失穩(wěn)。料的比例極限，稱為彈性失穩(wěn)。當回轉(zhuǎn)殼體厚度增大時，殼體中當回轉(zhuǎn)殼體厚度增大時，殼體中的應(yīng)力的應(yīng)力超過材料屈服點超過材料屈服點才發(fā)生失才發(fā)生失穩(wěn)，這種失穩(wěn)稱為彈塑性失穩(wěn)或穩(wěn)，這種失穩(wěn)稱為彈塑性失穩(wěn)或非彈性失穩(wěn)。非彈性失穩(wěn)。 彈塑性失穩(wěn)彈塑性失穩(wěn)（非彈性失穩(wěn)）（非彈性失穩(wěn)） 彈性失穩(wěn)彈性失穩(wěn)第一節(jié) 概述受外壓形式：受外壓形式：pppabc討論：受討論：受周向周向均勻外壓均勻外壓薄壁薄壁回轉(zhuǎn)殼體的回轉(zhuǎn)殼體的彈性失穩(wěn)彈

3、性失穩(wěn)問題問題第一節(jié) 概述二、穩(wěn)定性問題的基本概念二、穩(wěn)定性問題的基本概念 臨界壓力是表征外壓容臨界壓力是表征外壓容器抗失穩(wěn)能力的重要參數(shù)器抗失穩(wěn)能力的重要參數(shù) 使外壓容器失穩(wěn)的使外壓容器失穩(wěn)的最小外壓力最小外壓力臨界壓力（臨界壓力（pcr）第一節(jié) 概述 薄壁圓筒受側(cè)向均布外力作用，一旦達到臨薄壁圓筒受側(cè)向均布外力作用，一旦達到臨界壓力時，沿周向?qū)⑿纬蓭讉€波。界壓力時，沿周向?qū)⑿纬蓭讉€波。n=2n=3n=4 對于給定尺寸的圓筒，波數(shù)主要決定于圓筒對于給定尺寸的圓筒，波數(shù)主要決定于圓筒端部的約束條件和這些約束之間的距離。端部的約束條件和這些約束之間的距離。第一節(jié) 概述mpppcr外壓圓筒的穩(wěn)定條

4、件外壓圓筒的穩(wěn)定條件m穩(wěn)定性安全系數(shù)，圓筒穩(wěn)定性安全系數(shù)，圓筒m=3影響外壓圓筒臨界壓力的主要因素影響外壓圓筒臨界壓力的主要因素（1）材料的）材料的E、（2）結(jié)構(gòu)尺寸）結(jié)構(gòu)尺寸D、t、L（3）圓筒的形狀偏差）圓筒的形狀偏差第一節(jié) 概述第二節(jié) 外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計算第二節(jié)第二節(jié) 外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計算外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計算基于以下假設(shè)：基于以下假設(shè)：圓柱殼厚度圓柱殼厚度t與半徑與半徑D相比相比 是小量，是小量， 位移位移w與厚度與厚度t相相 比是小量。比是小量。失穩(wěn)時圓柱殼體的應(yīng)力仍失穩(wěn)時圓柱殼體的應(yīng)力仍 處于處于彈性范圍彈性范圍。目的目的理論理論理想圓柱殼小撓度理論理想圓柱殼小撓度理論線

5、性平衡方程線性平衡方程和撓曲微分方程和撓曲微分方程crcrcrLp、求 外壓圓筒外壓圓筒長圓筒長圓筒LLcr，失穩(wěn)波數(shù)，失穩(wěn)波數(shù)n=2，pcr與與L無關(guān)無關(guān)剛性筒剛性筒失效形式不是失穩(wěn)，而是失效形式不是失穩(wěn)，而是壓縮屈服破壞壓縮屈服破壞短圓筒短圓筒LLcr，失穩(wěn)波數(shù)，失穩(wěn)波數(shù)n2，pcr與與L有關(guān)有關(guān)第二節(jié) 外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計算對于鋼質(zhì)圓筒（對于鋼質(zhì)圓筒（=0.3）：）： 長圓筒的臨界壓力計算公式：長圓筒的臨界壓力計算公式：3212DtEpcr32 . 2ocrDtEp31 . 12oocrcrDtEtDpcrtp適用條件：適用條件：ty（ ）臨界應(yīng)力（臨界壓力在圓筒壁中引起的周向壓縮應(yīng)力

6、）：臨界應(yīng)力（臨界壓力在圓筒壁中引起的周向壓縮應(yīng)力）：第二節(jié) 外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計算（3）對于薄壁圓筒，使長圓筒失穩(wěn)的壓力（）對于薄壁圓筒，使長圓筒失穩(wěn)的壓力（pcr）遠）遠遠小于使長圓筒屈服的壓力（遠小于使長圓筒屈服的壓力（ps），即失穩(wěn)破壞），即失穩(wěn)破壞先于強度破壞。先于強度破壞。注意注意（1）長圓筒臨界壓力與圓筒的計算長度無關(guān)）長圓筒臨界壓力與圓筒的計算長度無關(guān)（2）長圓筒抗失穩(wěn)能力與）長圓筒抗失穩(wěn)能力與E有關(guān)，而各類鋼的彈性模有關(guān)，而各類鋼的彈性模量變化不大，因此采用高強度鋼代替低強度鋼，量變化不大，因此采用高強度鋼代替低強度鋼，只能提高圓筒的強度，而不能顯著提高其抗失穩(wěn)只能提高圓筒

7、的強度，而不能顯著提高其抗失穩(wěn)能力。能力。第二節(jié) 外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計算32 . 2ocrDtEp5 . 100030. 12DtDLEtDpcrcr32/59. 259. 2ooooocrDtDtDLEtDLDEtpcrtp適用條件：適用條件：ty（ ）短圓筒的臨界壓力短圓筒的臨界壓力短圓筒的臨界應(yīng)力短圓筒的臨界應(yīng)力第二節(jié) 外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計算tDDLoocr17. 1第二節(jié) 外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計算帶加強圈的圓筒帶加強圈的圓筒tDLDEtpoocr259. 2帶加強圈的外壓圓筒帶加強圈的外壓圓筒第二節(jié) 外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計算受均布軸向壓縮載荷受均布軸向壓縮載荷圓筒的臨界應(yīng)力圓筒的臨界應(yīng)力軸向壓縮圓筒失穩(wěn)的形狀軸向壓縮圓筒失穩(wěn)的形狀（a）非對稱形式；