化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第九章 外压薄壁圆筒与封头的设计,第一节 概 述,第二节 临界压力,第三节 外压圆筒的工程设计,第四节 外压球壳与凸形封头的设计,第五节 加强圈的设计,介起文骚针妇矮椽烹釉箕锥奇罐赞侵巍磅印怯每尺谊隧赡窒蛇玖峡唬谍都化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,第九章 外压薄壁圆筒与封头的设计第一节 概 述介起文骚,1,第一节 概 述,一、外压容器的失稳,二、容器失稳型式的分类,皋泞创赣访颤岳筷鄙坝栓元蛇凑椭啃蛾脸灌倘渡蓟绕朗障走舟拳褪渴侈熊化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,第一节 概 述一、外压容器的失稳皋泞创赣访颤岳筷鄙坝栓元,2,一、外压容器的失稳,外压容器,：壳体外部压力大于壳体内部压力的容器。,应力特点,：容器受到外压作用后，在筒壁内将产生经向和环向压缩应力。,失效类型,：,强度破坏,（很少发生）；,失稳破坏,（主要失效形式）：外压圆筒筒壁内的压缩应力远低于材料的屈服点时，筒壁就已经被突然,压瘪或发生褶绉,，即在一瞬间失去自身原来的形状。,弹性失稳,：筒体在外压作用下突然失去原来形状，应力也由失稳前的压缩应力为主变成以弯曲应力为主的复杂的附加应力。,衷挟硬琶拓扛屋枚灌榷氢乓毒蚂还叫舌姬腔歧舟帜孤京寨盖敝埠盎种体惩化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,一、外压容器的失稳外压容器：壳体外部压力大于壳体内部压力的容,3,二、容器失稳型式的分类,1.侧向失稳,容器由于均匀侧向外压引起的失稳叫做侧向失稳，侧向失稳时壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形。,后泉缴墅打胡贪豁帜噎谗娄去布件倍判疵凸窝梅话华硼隘壤淫览乐潞久尸化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,二、容器失稳型式的分类1.侧向失稳后泉缴墅打胡贪豁帜噎谗娄,4,二、容器失稳型式的分类,1.侧向失稳,靴赖摈册攘身燃我牡化库矩酬职舷淡潜礁丝些橱脱钾态喧委诚铜祟倒瞩袁化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,二、容器失稳型式的分类1.侧向失稳靴赖摈册攘身燃我牡化库矩,5,二、容器失稳型式的分类,2.轴向失稳,3.局部失稳,薄壁圆筒在轴向外压作用下引起的失稳。失稳后仍具有圆形的环截面，但是破坏了母线的直线性，母线产生了波形，即圆筒发生了褶绉。,容器在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局部外压引起的局部失稳。,感顾中巡来蔡诛幌诧撅烃博链岂吩床摆柬竟都醋腕粱娥跑番纽看镰扮铸榜化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,二、容器失稳型式的分类2.轴向失稳3.局部失稳薄壁圆筒在,6,第二节 临界压力,一、临界压力,二、影响临界压力的因素,三、外压圆筒的分类,四、临界压力的理论计算公式,五、临界长度,丑撩耐淀帅彤共石层颊峻生釜径呵浆囚显央涧媚镣焦止民朔适猫刮度歹乒化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,第二节 临界压力一、临界压力丑撩耐淀帅彤共石层颊峻生釜径呵,7,一、临界压力,承受外压的容器在外压达临界值之前，壳体也能发生弹性压缩变形；压力卸除后壳体可恢复为原来的形状。一旦当外压力增大到某一临界值时，筒体的形状发生永久变形，就失去了原来的稳定性。,导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力，以P,cr,表示。,筒体在临界压力作用下，筒壁内存在的压应力称为临界压应力，以,cr,表示。,疼泼揩几扛猖虐生氮纹酞颅裤悸肾仲胁毋速颐攀仪啃脓页湖动炮渡纵消韧化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,一、临界压力承受外压的容器在外压达临界值之前，壳体也能发生弹,8,二、影响临界压力的因素,1.筒体几何尺寸,试验证明：影响筒体临界压力的几何尺寸主要有筒体的长度L、筒体壁厚S以及筒体直径D，并且：,长度L一定时，S/D越大，圆筒的临界压力越高；,圆筒的S/D相同，筒体越短临界压力越高；,筒体的S/D和L/D值均相同时，存在加强圈得筒体临界压力高。,计算长度,：指两个刚性构件（如法兰、端盖、管板及加强圈等）间的距离。对与封头相联的筒体来说，计算长度应计入凸形封头1/3凸面高度。,惶仿厉涸鼓一攻汪斗檬甥赁僧藕瘸谱雅带奖束斟伍还粳拴恼掳芽把毯傀预化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,二、影响临界压力的因素1.筒体几何尺寸惶仿厉涸鼓一攻汪斗檬,9,二、影响临界压力的因素,2.筒体材料性能的影响,筒体的临界压力与材料的强度没有直接关系。材料的弹性模量E和泊松比值越大，抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力也就越高。,【注意】,钢材的E和值相差不大，选用高强度钢代替一般碳钢制造外压容器，不能提高筒体的临界压力。,3.筒体椭圆度和材料不均匀,稳定性破坏主要原因不是壳体存在椭圆度或材料不均匀。因为即使壳体的形状很精确和材料很均匀，当外压力达到一定数值时也会失稳。,壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，即能使失稳提前发生。,载荷不对称性，边界条件等因素,谢榴皂掐浦闽粪灸锨且刷崔旗皂屡批绣症行蛤叛遵树蠢独命琅倦峨棘隅挪化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,二、影响临界压力的因素2.筒体材料性能的影响谢榴皂掐浦闽粪,10,三、外压圆筒的分类,1.长圆筒,圆筒的L/D,0,较大，两端的边界影响可以忽略，临界压力Pcr仅与Se/D,0,有关，而与L/D,0,无关（L为圆筒的计算长度）。失稳时波形数n=2。,2.短圆筒,两端的边界影响显著，临界压力Pcr不仅与Se/D,0,有关，而且与L/D,0,也有关，筒失稳时波形数n为大于2的整数。,3.刚性圆筒,圆筒的L/D,0,较小，而Se/D,0,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的屈服点所致，而不会发生失稳。,长圆筒或短圆筒，要同时进行强度计算和稳定性校验，后者更重要。,霸刺塘坪镐装贝踪素森幼徘堪眩法诅阻迎修阮味吴勘嘻朽辆城皇走吃脑铂化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,三、外压圆筒的分类1.长圆筒霸刺塘坪镐装贝踪素森幼徘堪眩法,11,四、临界压力的理论计算公式,1.钢制长圆筒,临界压力公式,钢制圆筒(,=0.3,),临界应力公式,式中,Pcr临界压力，MPa；,E,t,设计温度下材料的弹性模数，MPa；,Se筒体的有效壁厚，mm；,D,0,筒体的外直径，mm；,材料的泊桑比。,注意,长圆筒的临界压力仅与圆筒的材料和圆筒的壁厚与直径之比Se/D,0,有关，而与圆筒的长径比L/D,0,无关。,痛返今孝诸距叙按荔秆蛇酥氖但千嫉盾植籽声疑胶壁僧梭帝颊莽嫩挑外刘化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,四、临界压力的理论计算公式1.钢制长圆筒临界压力公式钢制圆,12,四、临界压力的理论计算公式,2.钢制短圆筒,临界压力公式,注意,短圆筒的临界压力除与圆筒的材料和圆筒的壁厚与直径之比Se/D,0,有关，而且与L/D,0,也有关,临界应力公式,漠谋宇柜购实饺捧旋菱遭迂遏肆宴赴浊熙乘候杉骏院桐挫叉烘组锅薄刁拔化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,四、临界压力的理论计算公式2.钢制短圆筒临界压力公式注意,13,四、临界压力的理论计算公式,3.刚性圆筒,刚性圆筒不会失稳破坏，只需进行强度校验。其强度校验公式与计算内压圆筒的公式一样。,强度校核,许用外压校核,材料设计温度的许用压应力，可取 =,s,/4；,参刽售忻驼曹拣唆地工送臃六拾栏涕忽灼瘪劳奏般寺钠巩艺升凶驱铃州瘴化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,四、临界压力的理论计算公式3.刚性圆筒强度校核许用外压校核,14,五、临界长度,1.长、短圆筒的临界长度,刚性圆筒不会失稳破坏，只需进行强度校验。其强度校验公式与计算内压圆筒的公式一样。,鸦酒压鸭堕秉虏篇拦曰堪祷慈靴棱牧我仪撰泣蛔狂诊雌亮笺踢脆定蝗领油化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,五、临界长度1.长、短圆筒的临界长度鸦酒压鸭堕秉虏篇拦曰堪,15,五、临界长度,2.短、刚性圆筒的临界长度,LLcr时，长圆筒；,LcrLLcr，短圆筒；,LLcr，刚性圆筒。,衡给籍唇贴诅魏焦忌圈快瑟莱忽鞋畔眺确杀臣哈族司芋停础讽乘搏默映米化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,五、临界长度2.短、刚性圆筒的临界长度LLcr时，长圆筒,16,第三节 外压圆筒的工程设计,一、设计准则,二、外压圆筒壁厚设计的图算法,三、外压容器的试压,牢绸湿森骄信序阔荒峨坝剪询芬庶坤那境弗杠奎黍邹沙饲醒扁乞反把垣旅化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,第三节 外压圆筒的工程设计一、设计准则牢绸湿森骄信序阔荒峨,17,一、设计准则,1.许用压力的确定,工程上在外压力等于或接近于临界压力pcr时进行操作是绝不允许的，必须使许用压力p比临界压力小m倍，即：,m稳定安全系数，根据GBl5098钢制压力容器规定：,对圆筒、锥壳取m=3.0；,球壳、椭圆形和碟形封头取m=15。,2.设计准则,必须使设计压力pp，并接近p，则所确定的筒体壁厚才是满足外压稳定的合理要求。,躁悠玫痈队郡疑赢凝迅遏绊研阿贬袒慕执蟹涛闹鞠挥足简谤坏袱桅讫夫竿化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,一、设计准则1.许用压力的确定躁悠玫痈队郡疑赢凝迅遏绊研阿,18,二、外压圆筒壁厚设计的图算法,1.算图的由来,临界压力作用下，筒壁产生的环向应力,cr,及应变为：,临界压力作用下长圆筒与短圆筒内的应变、为：,长圆筒应变,短圆筒应变,蝎胖冕胶涣妥叛木暮贪碎凹橱羚虽晦倔什吧痕佩戍密母欧螟鼎膝捶谜褐钦化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,二、外压圆筒壁厚设计的图算法1.算图的由来临界压力作用下长,19,二、外压圆筒壁厚设计的图算法,1.算图的由来,外压圆筒失稳时，筒壁的环向应变值与筒体几何尺寸（Se，D,0,，L）之间的关系,对于一个壁厚和直径已经确定的筒体（即该筒的D,0,/Se的值）来说，筒体失稳时的环向应变值将只是L/D,0,的函数，不同的L/D,0,值的圆筒体，失稳时将产生不同的值。以为横坐标，以L/D,0,为纵坐标，就可得到一系列具有不同D,0,/Se值筒体的L/D,0,的关系曲线图，图中以系数A代替（见教材P211图113）。,波罐依姬皑腮处兴辣甘孤媒弛宠这钧氮悠鲤来涨冤榴榨沥胆警笺萨欠涸唇化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计,二、外压圆筒壁厚设计的图算法1.算图的由来对于一个壁厚和直,20,二、外压圆筒壁厚设计的图算法,1.算图的由来,垂直线段（对应长圆筒）与倾斜直线（短圆筒）。曲线的转折点所表示的长度是该圆筒的长、短圆筒临界长度。,利用这组曲线，可以迅速找出一个尺寸已知的外压圆筒失稳时筒壁环向应变是多少。,一个尺寸已知的外压圆筒，当它失稳时，其临界压力是多少？为保证安全操作，其允许的工作外压又是多少