压力容器设计外压薄壁圆筒的稳定性计算

压力 容器 生产 工艺 流程 框图 第四章 外压容器设计 外压容器 真空操作容器、减压精馏塔的外壳 用于加热或冷却的夹套容器的内层壳体 第一节 概述 第一节 概述 一、外压容器的稳定性 承受外压 壳体失效 形式 强度不足而发生压缩屈服失效 当外压达到一定的数值时，壳体的径 向挠度随压缩应力的增加急剧增大， 直至容器压扁，这种现象称为外压容 器的失稳或屈曲。（讨论重点） 外压容器的失效形式 第一节 概述 失稳类型： 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。 当回转壳体厚度增大时，壳体中 的应力 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。 弹塑性失稳 （ 非弹性失稳 ） 弹性失稳 第一节 概述 受外压形式： p p p a b c 讨论：受 周向 均匀外压 薄壁 回转壳体的 弹性失稳 问题 第一节 概述 二、稳定性问题的基本概念 临界压力是表征外压容 器抗失稳能力的重要参数 使外压容器失稳的 最小外压力 临界压力（ pcr） 第一节 概述 薄壁圆筒受侧向均布外力作用，一旦达到临 界压力时，沿周向将形成几个波。 n=2 n=3 n=4 对于给定尺寸的圆筒，波数主要决定于圆筒 端部的约束条件和这些约束之间的距离。 第一节 概述 m ppp cr 外压圆筒的稳定条件 m 稳定性安全系数，圆筒 m=3 影响外压圆筒临界压力的主要因素 （ 1）材料的 E、 （ 2）结构尺寸 D、 t、 L （ 3）圆筒的形状偏差 第一节 概述 第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算 第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算 基于以下假设： 圆柱壳厚度 t与半径 D相比 是小量， 位移 w与厚度 t相 比是小量。 失稳时圆柱壳体的应力仍 处于 弹性范围 。 目的 理论 理想圆柱壳小挠度理论 线性平衡方程 和挠曲微分方程 crcrcr Lp 、求 外压圆筒 长圆筒 L Lcr，失稳波数 n=2， pcr 与 L无关 刚性筒 失效形式不是失稳，而是 压缩屈服破坏 短圆筒 L Lcr，失稳波数 n 2， pcr与 L有关 第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算 对于钢质圆筒 （ =0.3） ： 长圆筒的临界压力计算公式： 3 21 2 D tEp cr 3 2.2 o cr D tEp 3 1.1 2 o ocr cr D tE t Dp cr tp 适用条件： ty（ ） 临界应力 （ 临界压力在圆筒壁中引起的周向压缩应力 ） ： 第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算 （ 3） 对于薄壁圆筒 ， 使长圆筒失稳的压力 （ pcr） 远 远小于使长圆筒屈服的压力 （ ps） ， 即失稳破坏 先于强度破坏 。 注意 （ 1）长圆筒临界压力与圆筒的计算长度无关 （ 2）长圆筒抗失稳能力与 E有关，而各类钢的弹性模 量变化不大，因此采用高强度钢代替低强度钢， 只能提高圆筒的强度，而不能显著提高其抗失稳 能力。 第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算 3 2.2 o cr D tEp 5.1 0 0 0 30.1 2 D t D L E t Dp cr cr 32 / 59.259.2 oooo o cr D t DtDL E t DLD Et p cr tp 适用条件： ty（ ） 短圆筒的临界压力 短圆筒的临界应力 第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算 t D DL oocr 17.1 第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算 带加强圈的圆筒 t DLD Et p o o cr 259.2 带加强圈的外压圆筒 第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算 受均布轴向压缩载荷 圆筒的临界应力 轴向压缩圆筒失稳的形状 （ a）非对称形式；（ b）对称形式 （ a） （ b） 第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算 本节重点 （ 1）失稳、临界压力、临界长度概念； （ 2）典型受载条件下圆筒临界压力（或应 力）计算公式 。 减压操作设备 带夹套搅拌釜 容器韧性断裂外观