压力容器壳体的稳定性分析
压力容器制造过程中变形问题的控制对策分析
压力容器制造过程中变形问题的控制对策分析压力容器是工业生产中不可或缺的设备之一，它的制造涉及到多个工艺环节，其中变形问题在制造过程中不可避免。
变形问题严重影响了产品的质量，更具有安全隐患。
因此，通过对变形问题进行分析与控制，对提高产品质量和安全性具有重要作用。
压力容器的变形问题主要包括壁厚偏差、圆度误差、直线度误差、端面平行度误差等。
造成变形问题的原因主要有以下几方面：一是材料本身的特点，不同的材料在受到外力或加工过程中的变形特点不同。
例如铝合金的塑性大，容易产生变形。
二是制造工艺的工艺参数调节不当。
例如，焊接温度过高或者过低，焊接速度过快或者过慢，焊接角度不合适，都会导致容器的变形。
三是生产设备的问题。
设备的精度不高、设备的磨损以及设备的调试不当等问题都可能导致容器的变形。
针对以上问题，可以采取以下控制对策：一是合理选材。
生产压力容器需要选用合适的材料，合理控制材料的性能，以减小变形的发生。
二是严格控制生产工艺。
生产中需要对工艺参数进行严格控制，对于焊接温度、速度、角度、压力等参数进行监测和控制。
三是加强设备维护。
坚持定期检修、保养，确保设备正常操作，从而保证生产过程中的精度和稳定性。
四是应用数控技术。
数控技术可以大大提高生产过程中的精度和稳定性，减小变形的产生。
总之，控制压力容器制造中的变形问题是提高产品质量和安全性的有效措施。
只有在加强材料选择、严格控制生产工艺、加强设备维护和应用数控技术等方面，才能减小变形的产生，保证产品的质量和安全性。
压力容器常见结构的设计计算方法
压力容器常见结构的设计计算方法一、静态强度计算方法：静态强度计算方法主要针对压力容器在正常工作状态下的静载荷进行计算，其主要目标是确保容器在最大工作压力下不发生破坏。
静态强度计算方法一般包括以下几个步骤：1.基本假设和假设条件：在进行静态强度计算时，需要基于一定的假设和假设条件来简化实际工作状态，如假设容器时刚体、内外压力均匀分布、材料具有均匀强度等。
2.最大应力计算：通过应力分析计算出压力容器各部位的最大应力。
一般情况下，最大应力发生在容器支座、法兰连接处、沟槽和焊接缺陷等处。
3.材料强度计算：根据容器所使用的材料及其强度参数，计算出材料的强度。
根据所处环境不同，一般会对容器进行分析、判断和选择不同材料。
4.安全裕度计算：根据最大应力和材料强度的计算结果，计算出安全裕度。
安全裕度可以通过破坏条件下材料的强度与容器内外压力之比来衡量。
二、疲劳强度计算方法：疲劳强度计算方法主要用于疲劳载荷下的压力容器设计。
工作过程中，容器可能会受到频繁的循环应力作用，从而导致疲劳破坏。
疲劳强度计算方法的主要步骤如下：1.循环载荷分析：通过实测数据或估算，分析容器在工作循环过程中所受到的应力载荷情况。
考虑到载荷的方向、大小、频率和载荷历史等因素。
2.应力集中分析：针对容器中的主要应力集中部位进行应力集中分析，计算出特定位置的应力集中系数。
3.疲劳寿命计算：基于极限疲劳荷载下的循环应力进行计算。
通过应力循环次数和材料疲劳寿命曲线，计算出容器的疲劳寿命。
4.安全裕度计算：根据疲劳寿命与容器使用寿命的比值，得出安全裕度的计算结果。
三、稳定性计算方法：稳定性计算方法用于分析压力容器在压力作用下的稳定性问题，即容器是否会发生屈曲或侧翻。
稳定性计算方法的主要步骤如下：1.稳定性分析模型：根据压力容器的几何形状和支撑方式，构建相应的稳定性模型。
常见的模型有圆筒形、球形、圆锥形等。
2.屈曲载荷计算：通过对应力分析，计算出容器发生屈曲时的承载力。
应变强化压力容器稳定性分析
应变强化压力容器稳定性分析摘要：应变强化压力容器由于其轻型化等经济性优势而得到不断发展与运用,然其稳定性问题是值得探讨的问题。
本文围绕应变强化压力容器的稳定性问题,分析了应变强化技术对容器内压塑性稳定性和外压稳定性的影响,并分析了带环向加强圈的应变强化压力容器的内压塑性稳定性及外压稳定性的情况。
关键词：压力容器; 应变强化; 稳定性; 加强圈一、设计与应力分析理论（一）常规设计方法常规设计方法就是通过简便的计算公式获取压力容器的结构尺寸，使强度要求得到满足。
常规设计还包含诸多要求与限制，如制造、附件选择、检验方法等。
而这一部分规则与限制都是按照一定的理论，经过工程实践检验之后得到的相对安全的设计结果。
（二）应力分类经过大量研究，发现压力容器存在不同的失效模式，产生压力容器失效的各种应力，在不同失效模式之中起的作用不同，通常，由薄膜应力引起的失效要远远大于弯曲应力。
二、加强圈的影响由应变强化压力容器稳定性基础理论可知，奥氏体不锈钢压力容器经过强化处理之后，容器的极限承载能力不受影响，但是当容器长径比达到一定值的时候，应变强化技术就会对容器的外压稳定性带来影响，在设计压力容器时，筒体的长径比要控制在合理的范围内。
在筒体上设置环向加强圈，可以提升容器的整体稳定性。
首先需要明确加强圈的外形尺寸，对此可以沿着壳体长度方向，通过大加强圈与小加强圈组合的模式，以便减少小加强圈之间的距离，也可以选择单一尺寸的小加强圈。
本文中，笔者首先以具有一定长径比的应变强化圆筒容器上设置加强圈为例，对加强圈的截面形状、内外设置方法，以及不同间距组合等来对容器的稳定性进行分析。
然后，以单一尺寸的小加强圈为例，分析加强圈的形状对应变强化压力容器稳定性的影响。
最后，对加强圈对应变强化压力容器的外压屈曲进行详细分析。
已知某容器的t/D0=0.02，L/D0=6，D0=500mm。
选择双线性模型，按照有限元分析的规定设置参数本文不做讨论）。
压力容器设计与强度分析研究
压力容器设计与强度分析研究随着现代工业的不断发展，压力容器作为一种重要的设备，在许多工业领域发挥着重要的作用。
压力容器是指用于封装气体或液体的设备，其内部压力高于大气压力。
压力容器主要应用于石油化工、能源、化工、航空航天等领域。
首先，压力容器的设计至关重要。
在整个设计过程中，需要考虑许多因素，例如容器的尺寸、形状、承载能力等。
设计师需要根据使用环境和工作条件来选择合适的材料和结构。
此外，还需要遵循一系列国际标准和规范，确保容器的设计在实际运行中具有良好的可靠性和安全性。
在压力容器的设计中，其中一个重要的方面是强度分析。
强度分析是指对容器的主要应力和变形进行计算和评估。
通过强度分析可以确保容器在承受内外部压力的同时保持结构的稳定和完整性。
在进行强度分析时，需要考虑多种因素。
首先是容器的载荷计算，即确定所需承载力的大小。
载荷计算需要考虑到容器内外的压力、温度、材料特性以及各种工况下的加载情况，以确保设计的安全性和可靠性。
其次是材料的强度特性，包括材料的屈服强度、抗拉强度和断裂韧性等。
通过对材料的强度特性进行分析和测试，可以更好地选择适合的材料，对容器进行设计和优化。
最后还需要考虑到容器的边界条件和约束条件，以及在容器使用过程中可能产生的各种外力和环境因素。
在进行强度分析时，可以利用各种计算方法和工程软件。
常用的方法包括有限元分析、应力强度法和层板理论等。
有限元分析是一种广泛应用的计算方法，它可以将复杂的结构分割成许多小的有限元进行分析，通过求解各个有限元的应力和变形，最终得出整个结构的应力分布和变形情况。
应力强度法是一种基于结构应力的分析方法，通过计算结构的应力强度因子，来评估结构的抗裂性能。
层板理论是一种应用于薄壁结构的计算方法，通过分析结构的层板应力和变形，来评估结构的强度和稳定性。
除了设计和强度分析之外，还需要对压力容器进行一系列的检验和测试。
这些检验和测试包括可视检验、射线检验、超声波检验、涡流检验等。
压力容器壳体的稳定性分析
压力容器壳体的稳定性分析一、引言压力容器壳体是蒸发器、换热器、反应器等化工设备中重要的组成部分，它承受来自内部介质的压力，同时还需要经受外部环境的力作用。
为了保证压力容器壳体能够在工作过程中保持稳定并安全地承受压力，必须对其进行稳定性分析。
本文将介绍压力容器壳体的稳定性分析方法和相关理论知识。
二、压力容器壳体的稳定性分析1. 应力状态在工作过程中，压力容器壳体承受来自内部介质的压力载荷，同时还需要经受外部环境荷载的作用，如风荷载等。
这些外部荷载会导致壳体上出现正应力和剪应力。
在确定压力容器壳体稳定性时需要先了解其压力状态。
在壳体内部，应力状态由压力载荷引起，应力分为径向应力、周向应力和轴向应力，其大小与压力载荷大小有关。
在壳体上，轻荷载下剪应力很小，只有正应力比较大，而在重载荷下，正应力和剪应力都较大。
2. 稳定性分析方法在确定壳体的稳定性时需要考虑其受力情况和力的分布情况，分析其受力状态并选择合适的分析方法。
稳定性分析方法有很多种，其中常用的有力学方法、能量方法、虚功原理和位移法等。
其中，力学方法主要是根据材料力学性质，通过应力计算得出壳体受到的外力大小，在此基础上确定其稳定性；能量方法是将壳体受到的外力转化成内能来研究稳定性；虚功原理是通过计算虚功来判断壳体的稳定性；位移法是通过计算变形、位移来判断壳体的稳定性。
在实际应用中，选取合适的分析方法需要考虑具体情况和要求。
3. 稳定性分析步骤（1）确定受力情况在进行压力容器壳体稳定性分析前，首先需要确定其所受外界荷载的大小和方向，同时还要考虑其内部介质压力的影响。
根据受力情况可以计算出壳体的应力状态。
（2）确定分析方法根据具体情况和要求选取合适的稳定性分析方法，应注意考虑分析的范围、精度和可靠性等因素。
必要时还需进行有限元分析。
（3）建立数学模型在使用分析方法进行计算前，需要建立数学模型来描述压力容器壳体的几何结构、物理性质以及受力情况等。
通常情况下，可以采取二维或三维模型。
壳体结构应用场合
壳体结构应用场合壳体结构是一种具有广泛应用的结构形式，其独特的特点使其在各个领域得到了广泛的应用。
壳体结构是指在外部加载力的作用下，通过表面的曲率而将力传递到结构材料内部的结构形式。
它不仅能够有效地承受外部力的作用，还具有较高的刚度和稳定性。
下面将从建筑领域、航天领域和工业领域等多个方面详细阐述壳体结构的应用场合。
首先，在建筑领域，壳体结构被广泛应用于大型体育场馆、会展中心和剧院等场所。
由于壳体结构的特点使其能够实现较大跨度、较高自由度的设计，因此能够满足大型建筑的需求。
例如，中国的国家体育场（鸟巢）就采用了壳体结构设计，其特殊的造型和稳定性给人留下了深刻的印象。
此外，壳体结构还能够在建筑中实现较大的空间自由度，创造出独特的室内环境。
因此，在建筑设计中，壳体结构常常被用于创造独特的建筑形象和空间体验。
其次，在航天领域，壳体结构也扮演着重要的角色。
航天器在进入宇宙空间时需要承受极高的压力和温度变化，而壳体结构能够提供出色的强度和稳定性，使得航天器能够安全地执行任务。
例如，航天飞机的外壳就采用了壳体结构设计，以保证其在高速飞行和大气层进出时的结构稳定性。
此外，壳体结构还能够提供较大的有效载荷空间，使得航天器能够携带更多的设备和工具，完成更复杂的任务。
再次，在工业领域，壳体结构被广泛应用于储罐和压力容器等设备中。
储罐是储存液体或气体的容器，而压力容器是用于承受压力的设备。
壳体结构的高强度和刚度使其能够承受储罐和压力容器内部的高压力和剪切力，确保设备的安全运行。
此外，壳体结构还能够提供较大的容积，使得储罐和压力容器能够储存更多的物质，提高生产效率。
除了以上几个领域，壳体结构还被广泛应用于桥梁、塔楼和舞台等结构中。
桥梁是连接两个地点的重要交通设施，而壳体结构能够提供较大的跨度和稳定性，使得桥梁能够承载更大的车流量和荷载。
塔楼是高层建筑中的一种特殊结构形式，壳体结构的高度和刚度能够使得塔楼具有更好的抗风和抗震能力。
中外主要压力容器标准外压球壳的计算及数值计算稳定性分析
（ 上海理工大学化 工过程机 械研究所 ，上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３ ）
摘
要：通过 比较 中外主要压力容器标准中外压球 壳的计算方法，并通过 实际工程 实例进行计算，以及
用数值计算方法进行特征值屈 曲分析 ，结果表明相 比于Ｅ Ｎ １ ３ ４ ４ ５ ． ３ 和Ｆ Ｏ Ｃ Ｔ １ ４ ２ ４ ９ 的结果 ，Ｇ Ｂ １ ５ ０ 、Ｊ Ｂ ４ ７ ３ ２ 、Ａ Ｓ ＭＥ ｗ ｍ 一 １ 、ＡＳ ＭＥ Ⅷ． ２ 中外压球 壳的计算方法偏 于保 守。此外，对椭圆封 头加强筋的结构布置，
一
１ 各 国标准 中外压球壳的计算 方法
１ ． １ ＧＢ １ ５ ０． １ ～１ ５０． ４ － ２ ０１ １ １ ３ １
类是壳体外表面承受的压力高于大气 压力，且大于
内表面所受的压力 ，如深海操作 设备 的封头 、带夹套
Ｇ Ｂ １ ５ ０ ． １ － １ ５ ０ ． ４ —２ ０ １ １ 规 定， 对 于 外 压 球 壳 的
椭 圆封头 上面 布置 加强 筋 的结构 ，用 数值 计算 的方
法进 行 了进一 步 的分 析 与讨论 ，为 实际 工程应 用提 供参考 。
基金项 目：上海市教育发展基金资助项 目 （ Ｌ Ｍ２ ０ １ ２ ４ ６ ） 。 作者简介 ：苏 文献 （ １ ９ ６ ７ 一） ，男，山东栖 霞人 ，博 士，副教授 。
进 行 了进 一步 的分析 与讨 论 。
关键词：外压；球壳；数值计算；稳定性
中图分 类号：Ｔ Ｑ ０ ５ ０ ． ２ ；Ｔ Ｈ ４ ９ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１ ０ ０ ９ — ３ ２ ８ １ ｆ ２ ０ １ ３ １ ０ 卜ｏ ０ ｌ １ — ０ ０ ５
压力容器结构特性分析与设计
压力容器结构特性分析与设计1. 引言压力容器作为一种用于储存或输送物质的设备，广泛应用于工业生产和民用领域。
设计和使用压力容器需要考虑其结构特性，确保其能够安全可靠地承受内外压力。
本文将对压力容器结构的特性进行分析与设计。
2. 压力容器结构特性压力容器的结构特性主要包括强度、刚度和稳定性。
在设计中，强度是最基本的要求，即容器在最大工作压力下不发生塑性变形或破坏。
刚度则确保容器在内外压力作用下不会产生过大的变形，从而保证其功能的正常发挥。
稳定性考虑容器在受到外力或其他扰动时的抗倾覆和抗滚动能力。
3. 强度分析与设计压力容器的强度分析与设计主要考虑容器壁的应力分布和薄弱点的强化。
采用有限元分析等方法可以得到应力分布情况，进而对壁厚进行选择和优化。
例如，对于圆筒形容器，应力最大的地方一般位于筒体与头部的交界处，因此可以适当增加这一区域的壁厚以提高强度。
4. 刚度分析与设计刚度分析与设计旨在确保容器在工作过程中不变形或过度变形。
一种常用的方法是通过增加支撑结构或加装支撑环使容器刚度增加。
另外，也可以通过优化容器的几何形状来增加其刚度。
例如，对于圆筒形容器，增加半径或者长度可以大幅提高刚度。
5. 稳定性分析与设计稳定性分析与设计主要考虑容器在受到外力或其他扰动时倾覆和滚动的问题。
通过合理的设计和选择支撑结构、引入抗滚环或抗倾覆支撑装置等手段，可以提高容器的稳定性。
此外，对于高压容器，还可以考虑采用多层壳体结构，增加容器的整体刚度和稳定性。
6. 材料选择与焊接技术材料选择对压力容器的结构特性至关重要。
通常选择具有良好的强度和耐蚀性的材料，如碳钢、不锈钢、合金钢等。
对于一些耐高温或特殊介质的容器，还可以选择高温合金材料。
此外，焊接技术在容器的制造过程中也起到重要的作用，高质量的焊接可以提高容器的强度和密封性。
7. 结语压力容器作为一种重要的储存和输送设备，在设计和使用中必须考虑其结构特性，确保其安全可靠。
本文对压力容器结构的特性进行了分析与设计，并介绍了强度、刚度和稳定性的考虑要点。
压力容器应力分析_壳体的稳定性分析
2.4 壳体的稳定性分析2.4.1 概述2.4.1 概述（1）失稳现象（Buckling or Instability） 在工程应用中，某些结构是在承受压力的情况下工 作的。
例如，用于石油炼制的常减压塔、带夹套的反 应器、潜水艇等。
通常，结构承受压力时，其破坏形 式将有别于拉力时的强度破坏。
以圆筒形容器为例， 进行分析。
2.4 壳体的稳定性分析2.4.1 概述圆筒在外压作用下，可能会有二种可能的失效形式： ① 因强度不足，导致压缩屈服失效；② 因刚度不 足，导致失稳破坏。
圆筒失稳破坏：承受外压的圆筒，当外压载荷增大到 某一值时，圆筒会突然失去原有的形状，被压瘪或出 现波纹，圆筒失去承载能力。
这种现象成为外压圆筒 的屈曲（Buckling）或失稳（Instability）。
实际上，当结构出现失稳后，最终导致结构破坏 的原因，是由于结构失稳变形后产生的附加弯矩。
下 面以杆件的失稳破坏过程进行说明。
2.4 壳体的稳定性分析2.4.1 概述2.4 壳体的稳定性分析（2）外压圆筒受载形式2.4.1 概述圆筒承受外载的形式，有以下三种：理论分析表明，在相同外载时，轴向外压对圆筒 壳体失稳的影响，要小于横向外压的影响。
本节主要 讨论横向受载失稳。
2.4 壳体的稳定性分析（3）外压圆筒失稳类型2.4.1 概述外压圆筒失稳类型有以下二种 ① 弹性失稳：圆筒为薄壁时，发生失稳时筒壁中的压 应力小于材料的屈服极限，即此时筒体的受力变形为 弹性阶段。
② 非弹性失稳：对于壁较厚的筒体，有可能在筒壁中 的应力应变进入塑性阶段后出现失稳，即此时筒体中 的压应力超过了材料的屈服点。
在本节的分析中，主要讨论弹性失稳计算。
而对 于非弹性失稳，则借助弹性失稳的结果，采用简化计 算方法。
2.4 壳体的稳定性分析（4）外压圆筒失稳形貌2.4.1 概述圆筒承受横向外载后的失稳形貌2.4 壳体的稳定性分析2.4.1 概述水下圆筒管节承受横向外载后的失稳形状2.4 壳体的稳定性分析2.4.1 概述水下圆锥形过渡管节承受横向外载后的失稳形状2.4 壳体的稳定性分析2.4.1 概述2.4 壳体的稳定性分析2.4.1 概述轴向外压圆筒的失稳形状（试验照片和计算结果）周向外压圆筒失稳后，其横截面形状如下表所示。
稳压罐的工作原理
稳压罐的工作原理引言概述：稳压罐是一种常见的压力容器，广泛应用于工业生产和民用领域。
它的主要作用是稳定流体的压力，保证系统的正常运行。
本文将详细介绍稳压罐的工作原理，包括其结构组成、工作过程和应用范围。
一、稳压罐的结构组成1.1 壳体结构：稳压罐的壳体通常由高强度的钢材制成，具有良好的耐压性能。
壳体内部通常设置有隔板，以增加稳定性和减少液体的搅拌。
1.2 进出口阀门：稳压罐的进出口阀门用于控制流体的进出，一般采用球阀或蝶阀等结构，具有良好的密封性能和流量调节能力。
1.3 压力传感器：稳压罐内部配备有压力传感器，用于实时监测罐内的压力变化，以便及时调整进出口阀门的开度，保持系统的稳定性。
二、稳压罐的工作过程2.1 压力调节：稳压罐通过进出口阀门的开度调节流体的进出，从而控制罐内的压力。
当系统压力低于设定值时，进口阀门打开，流体进入罐内增加压力；当系统压力高于设定值时，出口阀门打开，流体从罐内排出，降低压力。
2.2 压力平衡：稳压罐内的隔板起到分隔作用，使得进入罐内的流体在罐内形成平衡状态。
隔板的设置可以减少流体的搅拌，保持罐内压力的稳定性。
2.3 压力监测：稳压罐内的压力传感器实时监测罐内的压力变化，通过与设定值进行比较，控制进出口阀门的开度。
当压力偏离设定值时，传感器会发出信号，使得进出口阀门进行相应的调整，以保持系统的稳定性。
三、稳压罐的应用范围3.1 工业生产：稳压罐广泛应用于石油、化工、冶金等工业生产领域。
它可以稳定流体的压力，保证设备的正常运行，提高生产效率。
3.2 水处理：稳压罐在水处理系统中起到平衡压力的作用，保证水的稳定供应，同时可以减少水泵的频繁启停，延长设备寿命。
3.3 气体储存：稳压罐还可以用于储存气体，如天然气、液化石油气等。
它可以稳定气体的压力，保证供应的连续性和稳定性。
四、稳压罐的优势4.1 稳定性：稳压罐能够稳定流体的压力，保持系统的稳定性，避免压力过高或过低对设备和工艺的影响。
第二章 压力容器应力分析2.1-2.2
2.2 回转薄壳应力分析
2.2 回转薄壳应力分析
2.2.1 薄壁圆筒的应力 2.2.2 回转薄壳的无力矩理论 2.2.3 无力矩理论的基本方程 2.2.4 无力矩理论的应用 2.2.5 回转薄壳的不连续分析
过程设备设计
40
2.2 回转薄壳应力分析
2.2.3 无力矩理论的基本方程
过程设备设计
求解思路
制造安装 正常操作
开停工 压力试验
检修 等等
正常操作工况 特殊载荷工况 意外载荷工况
根据不同载荷工况，分别计算载荷
21
2.1 载荷分析
过程设备设计
1、正常操作工况
载荷
设计压力 液体静压力 重力载荷 风载荷 地震载荷 其他载荷
隔热材料、衬里、内件、物 料、平台、梯子、管系、支 承在容器上的其他设备重量 等
绝对压力
以绝对真空为 基准测得的压 力。 通常用于过程 工艺计算。
表压
以大气压为基准 测得的压力。 压力容器机械设 计中，一般采用 表压。
8
2.1 载荷分析
压力容器中的压力来源
过程设备设计
1
流体经泵或压 缩机，通过与 容器相连接的 管道，输入容 器内而产生压 力，如氨合成 塔、尿素储罐 等。
2
3
加热盛装液体 的密闭容器， 液体膨胀或汽 化后使容器内 压力升高，如 人造水晶釜。
30
2.2 回转薄壳应力分析
过程设备设计
B点受力分析
B点
内压P
轴向：经向应力或轴向应力σφ 圆周的切线方向：周向应力或环向应力σθ 壁厚方向：径向应力σr
σθ 、σφ ＞＞σr 三向应力状态
二向应力状态
31
2.2 回转薄壳应力分析
带有异形切向接管的压力容器的稳定性分析
２ 有 限元 模 型
２ ． １ 几何 模 型
ｄ ｛ ６
｝ ＝Ｉ ｄ ｛ ｓ ㈠０ － ｝ ｄ ｖ — ｄ ｛ Ｆ 。 ｝＝ ０（ １ ）
带有切向接管的直筒段结构如 图 ２所示 ， 直筒段长 式 中， ｛ ｝ 为内力和外力矢量 的总和， ｛ ｝ 为所有载荷 列阵 ， ｄ ｛ ６ ｝ 为虚位移 ， ｄ ｛ 占 ｝ 为虚应变。位 移和应变之
带 有 异形 切 向接 管 的压 力容 器 的稳定 性 分 析
文 华斌 一， 付 磊 ， 杨 海 果 ，刘 琰
（ １ ． 四川理工学院机械工程 学院 ， 四川 自贡 ６ ４ ３ ０ ０ ０； ２ ． 过程装备 与控制工程 四川省高校重点实验 室 ， 四川 自贡 ６ ４ ３ ０ ０ ０ ）
第２ ６卷 第 ３期
文 华斌 等 ： 带有 异 形切 向接 管 的压 力容 器的稳 定 性 分析
、
５ ５
１ ． １ 非线 性 问题 的有 限元 法 理论 基 础
ｒ 、 ｒ 和 Ｊ ｒ 为 应 力分 量 。
对于各种非线性问题 ， 虚功原理都是成立 的。根据
虚 功 原理 有 ：
摘
要： 为 满足 某 工 艺要 求 ， 对 切 向斜 接 管 结构进 行 了修 改设 计— — 沿斜 接 管 轴 向一 定 角度 切割 斜
管， 并 用直 面板 补足 缺 口。此设 计使 得 斜接 管与 筒体 连接 复 杂 ， 连接 区域 几 何 非连 续性 非 常 严 重 。确定
压力 容 器的 临界 载荷 及 其相 应 的 失稳 模 态 ， 是 压 力容 器分 析 设 计 的 重要 组 成 部 分 。 采 用 非 线性 屈 服 分
态， 可为容器的安全使用提供保 障， 也 可为进一步提高
压力容器设计-外压薄壁圆筒的稳定性计算
第一节 概述
失稳类型：
弹性失稳
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 （非弹性失稳） 稳，这种失稳称为弹塑性失稳或 非弹性失稳。
弹塑性失稳
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
1.5
第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
Lcr 1.17Do
Do t
第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
带加强圈的圆筒
2.59 Et 2 pcr Do LDo t
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
（a）
（b）
轴向压缩圆筒失稳的形状
（a）非对称形式；（b）对称形式
第一节 概述
外压圆筒的稳定条件
pcr p [ p] m
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、μ （2）结构尺寸D、t、L （3）圆筒的形状偏差
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
目的
求 pcr、 cr、Lcr
理想圆柱壳小挠度理论
第一节 概述
二、稳定性问题的基本概念
临界压力（pcr）
—— 使 外 压 容 器 失 稳 的 最小外压力 临界压力是表征外压容 器抗失稳能力的重要参数
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
压力容器的稳定性分析与设计优化
压力容器的稳定性分析与设计优化压力容器是一种能够储存和运输高压介质的设备，广泛应用于石化、化工、能源、医药等众多领域。
然而，由于高压环境下容器受力情况复杂，容器的稳定性问题一直是工程师们关注的焦点。
本文将从压力容器的稳定性分析和设计优化两个方面进行论述，探讨如何在容器设计中降低事故风险，提高运行安全性。
一、压力容器的稳定性分析1. 弯曲稳定性分析在高压环境下，容器会承受来自介质内部以及外部环境的力，容器壁的弯曲稳定性是保证容器不发生变形和破裂的重要因素。
因此，对容器的弯曲稳定性进行分析是容器设计的基础。
首先，需要计算容器在弯曲时的应力和应变分布情况，通过有限元分析等手段，确定容器壁的最大应力点和最大应力值。
然后，结合材料的力学性能，进行强度校核，确保容器能够满足正常使用条件下的强度需求。
2. 局部稳定性分析容器壁的局部几何缺陷或开口可能导致局部应力集中，引发容器的局部失稳或破裂。
因此，在容器设计中需要对局部稳定性进行充分考虑。
针对容器壁的几何缺陷或开口，可以采用应力集中系数和强度减少系数等方法进行评估。
通过计算得到的应力集中系数和强度减少系数，判断局部失稳的可能性，并进行优化设计，降低缺陷处的应力集中程度，提高容器的局部稳定性。
二、压力容器的设计优化1. 材料选择与工艺优化在压力容器的设计过程中，正确选择合适的材料对提高容器的稳定性至关重要。
材料的力学性能、耐腐蚀性能以及可焊接性等因素都应该被考虑。
同时，还需要优化焊接工艺，避免焊缝处的强度降低，以提高容器的整体稳定性。
2. 结构优化与加强设计容器的结构设计对其稳定性具有重要影响。
合理的结构设计可以提高容器的整体刚度，降低容器的应力集中程度，从而提高容器的稳定性。
在结构设计过程中，可以采用有限元分析等先进的计算方法，优化容器的结构，减少质量，提高容器的刚度，从而提高容器的整体稳定性。
3. 考虑温度和压力变化容器在运行过程中，温度和压力的变化会对容器的稳定性产生影响。
压力容器应力分析及其设计
压力容器应力分析及其设计引言压力容器是一种用于储存或运输压力流体或气体的设备，广泛应用于化工、石油、制药等领域。
由于其工作环境的特殊性，压力容器的设计和应力分析至关重要，直接关系到设备的安全性和稳定性。
本文将介绍压力容器应力分析的基本概念和方法，并探讨压力容器设计的一些考虑因素。
压力容器应力分析在压力容器的设计和使用过程中，应力分析是非常重要的一步。
应力分析的目的是确定容器的强度和稳定性，以确保其在工作压力范围内能够安全可靠地运行。
1. 基本概念在压力容器中，由于内、外侧的压力差异，容器壁面会受到应力的作用。
应力是物体内部原子或分子间相互作用的结果，它可以表现为拉伸、压缩、剪切等形式。
常见的应力包括轴向应力、周向应力和切向应力。
轴向应力是指沿着容器轴线方向的应力，周向应力是指沿着容器周向的应力，切向应力是指垂直于容器壁面的应力。
2. 应力分析方法压力容器的应力分析可以采用数值模拟方法或者经验公式计算。
数值模拟方法通常基于有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA），通过划分网格、建立数学模型并求解，得到各个位置的应力值。
经验公式计算相对简便，适用于一些简单几何形状的压力容器。
常用的经验公式有ASME VIII-1标准中的公式和欧洲标准EN 13445中的公式等。
无论采用数值模拟方法还是经验公式计算，都需要考虑容器的材料特性、内外压力、温度、容器几何形状等因素。
3. 应力分析结果的评估进行应力分析后，需要对分析结果进行评估。
常见的评估指标有应力强度安全系数、应力集中系数、损伤累积等。
应力强度安全系数是指容器的实际应力值与允许应力值之间的比值。
一般要求安全系数大于1，以确保容器在额定工作条件下不会发生破坏。
应力集中系数用于评估容器上的应力集中程度。
过高的应力集中系数可能导致局部破坏和疲劳寿命的降低。
损伤累积是指容器在循环荷载作用下承受的损伤累计量。
如果损伤累积超过一定限制，容器可能发生疲劳破坏。
压力容器应力分析壳体的稳定性分析
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压力容器应力分析壳体的稳定性分析
•该理论的局限
•（1）壳体失稳的本质是几何非线性的问题 •（2）经历成型、焊接、焊后热处理的实际圆筒，存在各种 • 初始缺陷，如几何形状偏差、材料性能不均匀等 •（3）受载不可能完全对称
•小挠度线性分析会与实验结果不吻合。
•工程中，在采用小挠度理论分析基础上，引进稳定性安全系数 m ， •限定外压壳体安全运行的载荷。
讨论题
1、是否只有在外压作用下，压力容器才会失稳？试 举例说明。
2、工程上采取哪些措施，可以提高圆柱形容器的抗 失稳能力？
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压力容器应力分析壳体的稳定性分析
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2024/2/8
压力容器应力分析壳体的稳定性分析
压力容器应力分析-壳体 的稳定性分析
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2024/2/8
压力容器应力分析壳体的稳定性分析
•主要内容
•2.4.1 概述 •2.4.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析 •2.4.3 其他回转薄壳的临界压力
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压力容器应力分析壳体的稳定性分析
•一、失稳现象
•2.4.1 概述
•1、外压容器举 例
•椭球壳： •同碟形壳计算，RO=K1DO
•K1见第四 章
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压力容器应力分析壳体的稳定性分析
•锥壳
•（2-106）
•注意：•Le——锥壳的当量长度；见表2-6
•DL——锥壳大端外直径 •或锥壳上两刚性元件所
•DS——锥壳小端外直 径•Te——锥壳当量厚度
•在处的大小直径
•适用于：
•若
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• 弹塑性失稳 •当回转壳体厚度增大时，壳体中的应力超
•（非弹性失稳）
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。
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压力容器壳体的稳定性分析
影响壳体稳定性的因素
• ----失稳破坏的型式和临界载荷取决于如下因素： 1）壳体的结构型式与结构参数
•■试验表明，圆环失稳破坏时的波纹数n=2。
•圆环的临界失稳压力为：pcr=3EJ/R3
•相交点变形为0
•n=2时：cos2×450=0,sin2×450=1 →C1=0，C2≠0；
•
每经过半个圆环，挠度周期性变化一次。
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•450 •cos2 ¢
•900
•180
0
•270
0
•3600
•¢
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压力容器壳体的稳定性分析
•2.5.2.1受均布周向外压的长圆筒的临界压 力 （1）圆环失稳的临界压力
1）外压→变形：曲率 1/R→1/R1 内力：弯矩（无剪力） M=（ 1/R- 1/R1 ）EJ
•R
•R1
•切入点：圆 环
•2）几何分析→圆环绕度曲线微分方程
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压力容器壳体的稳定性分析
•
状态附近振荡。
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压力容器壳体的稳定性分析
存在失稳破坏的常见结构：
• 压杆失稳（一维问题） ：压力达到临界载荷时，稍受 扰动，压杆会因屈曲而破坏。 达到临界载荷时杆中的最大应力一般小于材料的屈服 极限。屈曲前为弹性，屈曲后的某个时刻，因弯矩过 大而屈服破坏。
• 外压容器失稳（二维或三维问题）：真空容器、夹套 容器、水下结构、减压塔等，同样存在一个弹性临界 载荷，当外载达到这一载荷并存在扰动时，也会发生 屈曲破坏。
• 主要研究对象：圆筒，球壳、锥壳和碟壳封头。
• 关键词：强度问题 稳定性问题 外压容器 失稳破坏 临界压力（载荷） 波纹数 临界长度 壳体---容器壳体的稳定性分析
•2.5.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析 目的：找出一定材料、几何尺寸下圆柱壳的临界压力。
刚性圆筒：L/D0很小，壁厚t较大，D0/t较小，壳体刚 性很大，失效形式为强度破坏。
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压力容器壳体的稳定性分析
■圆筒、球壳和锥壳的临界载荷与失效形态各不相同。
2）材料性能（E，μ）----主要影响临界载荷的大小。 3）初始缺陷：裂纹、凹坑、材料不均匀 4）几何形状偏差（也可归结为初始缺陷）：不圆、曲率
•简单试件/材料：通过试验确定材料的屈服/临界应力（理论
•
上求不出来）。
•强度问题：找出结构上的最大应力并与屈服应力相比较。
•稳定性问题：通过理论求解结构所能承受的最大载荷----
•
临界压力。（模型试验只是起验证理论计算
结
••基本假设 果的作用）
•圆柱壳t/D， w/t为小量，失稳时圆柱壳体的应力仍处于弹 性范围，可用小挠度理论求解。
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压力容器壳体的稳定性分析
外压壳体失稳的定义：
• 承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一值时， 壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载 荷卸去后，壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳 体的屈曲（buckling）或失稳（instability）。
•壳体失稳类型：
•t与D比很小的薄壁回转壳，失稳时，器壁的压缩 •弹性失稳 应力通常低于材料的比例极限（对于有明显屈服
长圆筒： L/D0很大，壁厚t较小，D0/t也较大，长度方 向的中间部分离边界较远，基本不受两端部 约束作用，壳体刚性较差，失效形式为稳定 性破坏，失稳时呈两个皱折波数。
短圆筒： L/D0较小，D0/t较大，长度方向的中间部分 离边界较近，两端部的约束作用不可忽略， 壳体有一定刚性，失效形式为稳定性破坏， 失稳时呈两个以上皱折波数。
3）力矩平衡：
•----圆环上下对称截面上的弯矩和中心点的挠度。
•4）力矩平衡方程代入几何方程得圆环挠度方程：
•5）求圆环临界应 力•对小挠度情况，可认为失稳后圆环按失稳临界状态时的壳 体形状发展。这样，失稳破坏后的形状可用上述方程描述。 也即，失稳破坏后的皱折波数可在上述方程中得到反映。
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对圆筒临界压力/应力公式的讨论
• pcr∝(E, t3, D0-3) → E↗或/和（t/D0） ↗ → pcr ↗ • 由于各种钢材的E基本相近，对（D0/t）较大的薄壁圆
筒，采用高强钢对提高圆筒的稳定性作用不显著。
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压力容器壳体的稳定性分析
•2.5.2.2受均布周向外压的短圆筒的临界压力 （1）短圆筒的特点
压力容器壳体的稳定性分析
对式（2-88）的讨论： •该式中的w为¢的周期函数，即有
•临界压力为满足 式（2-88）的最小
n值对应的值
•sin¢
•sin2 ¢
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•¢
•¢
•¢
压力容器壳体的稳定性分析
•■n=1.0→ →p=0 → →壳体不会变形，不符合实际；
•■ n=2.0→ →
，此时有实际意义的最小压力解；
突变、皱折、凹陷等→（趋扁现象）
5）载荷分布与加载方式
失稳与外压容器破坏并不完全是一回事，强度问题和 稳定性问题是否绝然分开，目前尚有争议。
■强度破坏中有稳定性问题；
■外压容器中有强度问题，只是失稳现象更突出；
■内压容器中也有稳定性问题，只是强度问题更突出。
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压力容器壳体的稳定性分析
• 本章节的重点：长、短/薄壁圆筒失稳破坏时的临界压力。
压力容器壳体的稳定性分析
（2）长圆筒失稳的临界压力（Bresse，1866） •对圆筒的情况，考虑圆环横截面上的约束。则有：
•取μ=0.3，用外径D0代替中面直径D，则Bresse公式变为：
•长圆筒临界压力： •长圆筒临界应力：
•（2-92） •小
于比 例极 限时 适用
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压力容器壳体的稳定性分析
压力容器壳体的稳定性 分析
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2020/11/14
压力容器壳体的稳定性分析
（1）稳定性概念
•强度问题： •稳定性问题：
2.5.1 概述 •结构的破坏有强度破坏和 失稳破坏两种主要形式，具 体表现形式主要取决于材料 性能、结构型式与参数、加 载方式。
•不稳定
•稳
定
•亚稳定
•稳定：给一个扰动，不会无限偏离平衡状态，而是在平衡