外压容器设计.

长圆筒的临界压力与长度无关，仅与圆筒壁厚与直径的比值有关 当圆筒的相对长度较小，两 端的约束作用不能忽视，临 界压力不仅和壁厚与直径之 比有关，而且和长度与直径 之比有关，失稳的波数n大 于2，称为短圆筒。
第四章 外压容器设计 13

第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力 (一) 圆环的临界载荷
第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
二、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力 (一)未加强圆筒的临界压力
第四章 外压容器设计
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第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
二、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力 (二)临界长度
图4-6
第四章 外压容器设计 17
第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
二、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力 (二)带加强圈的圆筒 在既定直径与材料下，提高外压容器的临界压力，可增加筒体厚度或 减小计算长度，从减轻容器重量、节约贵重金属出发，减小计算长度更 有利。在结构上即是在圆筒的内部或外部相隔一定的距离焊接用型钢做 的加强圈，如图所示。因为计算假设圆筒与加强圈同时发生失稳，所以 它们达到失稳的必要条件是加强圈必须有足够的刚度或截面惯性矩。 每一加强圈可考虑承受圈两 侧Ls/2距离内的外载荷。壳体和 加强圈一起承受每单位周长的临 界载荷等于pcrLs，得：

发生压缩屈服破坏; 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。
第四章 外压容器设计
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第一节 概述
二、临界压力


外压容器发生失稳时的相应压力称为临界压力 。
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。
外压圆筒的失稳形态
第四章 外压容器设计 4
第一节 概述
临界压力
临界压力除与圆筒材料的E、μ有关外，主要和圆筒 长度与直径之比值、壁厚与直径的比值有关。
早期对外压圆筒的分析是按照理想圆柱壳线性小挠度 理论进行的，但失稳实验表明该分析结果不正确，根本原 因壳体失稳本质上是几何非线性问题，所以失稳分析应按 非线性大挠度来考虑。
第四章 外压容器设计
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第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
二、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力 (二)带加强圈的圆筒
对于能起加强作用的有效圆筒器壁与加强圈的组合惯性矩可考虑等 效于一单层较厚圆筒，其厚度称为等效厚度te，大小为： 得：
这是带加强圈圆筒保持稳定所必 需的最小加强圈与有效壳体组合截面 的惯性矩，它是下一节设计带加强圈 外压圆筒的基本公式之一。
第四章 外压容器设计 7

第一节 概述
1、设计压力和液压试验压力
试验压力PT：

不带夹套的外压容器，按内压试验；

带夹套外压容器，夹套试验压力按外压容器，但必须 校核内筒的稳定性； 真空容器以内压作压力试验；
1.25P t ，MPa PT max P 0.1，MPa
长圆筒临界压力：

当圆筒的长度与直径之比较小，失稳波数大于2时，称为短圆筒。 短圆筒临界压力： Do为圆筒外径
第四章 外压容器设计
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第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力 (一) 圆环的临界载荷

当圆筒的长度与直径之比较大时，其中间部分将不受两端封头或 加强圈的支持作用，弹性失稳时横截面形成n＝2的波数，这种圆 筒称为长圆筒。
第四章 外压容器设计 19
第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
二、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力 (三)轴向受压圆筒的临界压力 对于受轴向压缩的有限长的薄壁圆筒，不论其是轴对称失稳还是非 轴对称失稳，按线性小挠度理论得到的临界应力的结果是一样的，即：

第四章 外压容器设计
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第一节 概述
外压容器的设计参数 2、外压筒体计算长度L：指筒体上两个刚性构件如封头、 法兰、加强圈之间的最大距离。

1 对于凸形端盖：L＝圆筒长＋封头直边段＋ 3
端盖深度
对于法兰：L＝两法兰面之间的距离
Βιβλιοθήκη Baidu
对于加强圈：L＝加强圈中心线之间的距离
第四章 外压容器设计
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第一节 概述
第四章 外压容器设计
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第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力
基本概念：长圆筒与短圆筒

当圆筒的长度与直径之比较大时，其中间部分将不受两端封头或加强 圈的支持作用，弹性失稳时形成n=2的波数，这种圆筒称为长圆筒，
长圆筒的临界压力与长度无关，仅与圆筒厚度与直径的比值有关。
圆环临界载荷的表达式：
圆筒的抗弯 刚度
圆环的惯性矩 高度为1的圆 环
钢质圆筒，μ =0.3
第四章 外压容器设计
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第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
二、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力 (一)未加强圆筒的临界压力
Mises在1914年按线性小挠度理论导出短圆筒的临界压力公式：
第四章 外压容器设计
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外压容器的设计参数
3、外压容器的设计计算
Pcr P P m
“ 设计规定”稳定性系数m＝3，此时要求圆筒的不圆度
e 0.5%Dg，且e 25mm.
第四章 外压容器设计
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第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力
二、受均布侧向外压短圆筒的临界压力
三、轴向受压圆筒的临界应力
化 工 容 器 设 计
第四章 外压容器设计 潘家祯
华东理工大学机械与动力工程学院
第四章 外压容器设计 1
第四章 外压容器设计
第一节 概述 第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算 第三节 外压圆筒的设计计算
第四节 外压封头和法兰设计
第四章 外压容器设计
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第一节 概述
一、外压容器的失效形式
外压容器的失效形式有两种：
第四章 外压容器设计
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第一节 概述
临界压力表述与许用设计外压的确定
[p] Pcr/m
[P]－许用设计外压，MPa Pcr－临界压力，MPa m－稳定系数， 我国钢制压力容器标准取m=3
第四章 外压容器设计
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第一节 概述
外压容器的设计参数
1、设计压力和液压试验压力

设计压力P设： 正常工作过程中可能产生的最大内外压差 真空容器：有安全装置，取（1.25Pmax，0.1MPa）中的 较小值；无有安全装置，取0.1MPa 夹套容器：内部真空，真空容器设计压力＋夹套设计压力 考虑容器可能出现的最大压差的危险工况。如 内筒泄漏、夹套液压试验等工况…