第13章 外压容器设计

1、13.1 概概 述述 两端受拉的杆件，当受到横向力作用使之弯曲后，若两端受拉的杆件，当受到横向力作用使之弯曲后，若 横向外力撤去后，拉杆会在两端拉力作用下恢复直线横向外力撤去后，拉杆会在两端拉力作用下恢复直线 状态，故此，状态，故此，只会因强度不足而破坏，不会因无只会因强度不足而破坏，不会因无 法维持直线状态而不能工作。法维持直线状态而不能工作。 第第13章章 外压容器设计外压容器设计 按按GB150钢制压力容器钢制压力容器设计，不要求有设计资格。设计，不要求有设计资格。 压杆的失稳压杆的失稳 杆件失稳示意图杆件失稳示意图 失稳前失稳前失稳后失稳后 当压力增加到超过一定当压力增加到超过一定 值

2、时，一旦受到横向载值时，一旦受到横向载 荷作用而变形后，即使荷作用而变形后，即使 横向载荷被撤除，压杆横向载荷被撤除，压杆 也无法再恢复其原有的也无法再恢复其原有的 直线状态。通常在力学直线状态。通常在力学 上把杆件的这种上把杆件的这种无法保无法保 持原有直线形状的状态持原有直线形状的状态 称为称为“失稳失稳”。 若将两端的若将两端的拉力改为压力拉力改为压力: 对于压杆的稳定性设计，主要是确定临界压力数值对于压杆的稳定性设计，主要是确定临界压力数值 （开始失稳的对应压力），并据此确定应控制的工作（开始失稳的对应压力），并据此确定应控制的工作 载荷，以确保压杆不会失稳。载荷，以确保压杆不会失稳。

3、 13.1.1 外压容器的失稳外压容器的失稳 对于易失稳的构件，往往失去原有形状成为无法工作的对于易失稳的构件，往往失去原有形状成为无法工作的 主要原因，而通常其强度还远未达到材料的屈服程度。主要原因，而通常其强度还远未达到材料的屈服程度。 2 pD 这种在这种在外压作用下壳体突然被压瘪外压作用下壳体突然被压瘪 （即（即突然失去自身原来形状）突然失去自身原来形状）的现象的现象 称为容器的失稳称为容器的失稳。 圆筒失稳的类型有：整体失稳（圆筒失稳的类型有：整体失稳（周向失稳、轴向失周向失稳、轴向失 稳）、稳）、局部失稳。局部失稳。 容器失稳容器失稳 弹性失稳弹性失稳 弹塑性失稳弹塑性失稳 筒体的

4、筒体的L/D较小，较小， e /D较大，即刚性好，筒体失较大，即刚性好，筒体失 效形式为效形式为压缩强度破坏。压缩强度破坏。 实验表明，薄壁圆筒的临界压力与材料的屈服极限无实验表明，薄壁圆筒的临界压力与材料的屈服极限无 关，而与材料的弹性模量关，而与材料的弹性模量E和泊松比和泊松比 有关。有关。 E 、 值值 较大的材料抵抗变形的能力较强，其临界压力较高较大的材料抵抗变形的能力较强，其临界压力较高。 13.2 外压圆筒的稳定性计算外压圆筒的稳定性计算 临界压力临界压力pcr是外压容器设计中的重要概念，求出是外压容器设计中的重要概念，求出pcr后就可得到后就可得到 许用压力许用压力p。 13.1

5、 长圆筒的临界压力长圆筒的临界压力 根据圆环变形的几何关系和静力平衡关系得出圆环失 稳时的临界压力 cr 3 3EJ p R (13-1) 式中，pcr为圆环的临界压力(MPa)；EJ为圆环的抗弯刚度，其 中E为圆环材料的弹性模量，J为圆环截面的轴惯性矩；R为圆 环的平均半径。 3 2 2 () 1 e cr E pMPa D 用圆筒的抗弯刚度用圆筒的抗弯刚度 2 (1)DEJ 代替式代替式(13-1)中圆环的抗弯刚度中圆环的抗弯刚度EJ，即得长圆筒的临界，即得长圆筒的临界 压力计算式压力计算式 cr 323 33 (1) DEJ p RR (13-2) 3 e 12J 将将 代入式代入式(1

6、3-2)，得，得 (13-3) 3 2.2 () e cr pEMPa D 对钢制容器，对钢制容器， =0.3，则有，则有 由此可见，长圆筒的临界压力只与圆筒的材料以及圆由此可见，长圆筒的临界压力只与圆筒的材料以及圆 筒的有效厚度与直径之比筒的有效厚度与直径之比 e /D有关，有关， 这一临界压力引起的临界周向压应力为这一临界压力引起的临界周向压应力为 2 1.1 () 2 cre cr e p D EMPa D 式（式（13-4）仅适合于）仅适合于 ，即弹性失稳。，即弹性失稳。 crs (13-4) (13-5) 考虑两端边界的影响，考虑两端边界的影响，Mises导出公式（导出公式（13-6

7、） 13.2.2 短圆筒的临界压力短圆筒的临界压力 (13-6) 式中，n为波数；L为筒体计算长度。 22 22 2 2 2 2 22 22 2 2 2 1 12 1 121 1 1 1 R Ln n n R R Ln n R E P ee cr 2.5 2.59 () / e cr E pMPa L DD 由公式可知：短圆筒的临界压力除与圆筒的材料和由公式可知：短圆筒的临界压力除与圆筒的材料和 圆筒的有效厚度与直径之比圆筒的有效厚度与直径之比 e /D有关外，有关外， 。 拉姆公式拉姆公式工程中采用近似方法 (13-7) 短圆筒的临界周向压应力为：短圆筒的临界周向压应力为： 1.5 1.3

8、2 cre cr e p DE MPa L DD 式（式（13-7）仅适合于）仅适合于 ，即弹性失稳。，即弹性失稳。 crs (13-8) 临界长度临界长度Lcr可由长、短圆筒的临界压力可由长、短圆筒的临界压力pcr计算式导计算式导 出。因短圆筒的出。因短圆筒的pcr随随L/D增大而减小，当增大而减小，当L/D= Lcr/D 时，封头对筒体的支撑作用消失，这时短圆筒则变时，封头对筒体的支撑作用消失，这时短圆筒则变 成了长圆筒。成了长圆筒。 Lcr既然是长短圆筒的分界线，那么两既然是长短圆筒的分界线，那么两 种圆筒在分界点处算得的临界压力值应相等，所以，种圆筒在分界点处算得的临界压力值应相等，所

9、以， 由由pcr短 短= pcr长长 3 )(2 . 2 D E e 5 . 2 )( / 6 . 2 DDL E e = 可推得：可推得： 1.17 o o cr e D LDmm 当当L Lcr时时,用短圆筒公式计算用短圆筒公式计算pcr 当当L Lcr时时,用长圆筒公式计算用长圆筒公式计算pcr (13-9) 为了留有一定的安全裕量，令筒体的许用压力为了留有一定的安全裕量，令筒体的许用压力p等等 于临界压力于临界压力pcr的的1/m，则计算外压，则计算外压pc只能小于或等只能小于或等 于于p，即：，即： 13.3 外压圆筒的设计计算外压圆筒的设计计算 cr c p ppMPa m 式中式

10、中 m稳定系数，根据稳定系数，根据GB150钢制压力容钢制压力容 器器，取，取m=3。 (13-10) 许用压力许用压力: 3 2.2 () e o E p mD 13.3.1 解析法解析法 3 0 2.2 c mp Dmm E 计算厚度：计算厚度： 3 2.2 () e cr o pE D 临界压力临界压力: ：将：将长圆筒的长圆筒的pcr代入代入 cr c p ppMPa m 令令p=pc，则计算厚度为：，则计算厚度为： 式中式中D用用Do代替代替 e ee cr DLD E DDL E p 00 2 5 . 2 00 59. 2 )( / 59. 2 许用压力许用压力: 2 00 2.5

11、9 e e E p mLDD ： 临界压力临界压力: 令令p=pc，则计算厚度为：，则计算厚度为： 0.4 0 0 () 2.59 c mp L Dmm ED 用解析法可以求许用外压用解析法可以求许用外压p ，也可求计算厚度，也可求计算厚度。 以上方法只适用于以上方法只适用于的设计计算。但在设计的设计计算。但在设计 之前是无法判别是否为弹性失稳的，这时就必须用之前是无法判别是否为弹性失稳的，这时就必须用 。不管是弹性失稳还不管是弹性失稳还 是非弹性失稳，图算法都能适用。是非弹性失稳，图算法都能适用。 1. 算图的制作算图的制作 3 2.2 () e cr o pE D (1) 图图13.6 ：

12、几何参数图：几何参数图 2.5 2.59 () / e cr o o E p L DD D用用Do代替代替 短圆筒短圆筒 长圆筒长圆筒 统一为统一为 3 () e cr o pKE D 长圆筒：长圆筒：K=2.2， K称为特征系数称为特征系数: 短圆筒：短圆筒：K=f(L/Do, Do/e) 临界应力：临界应力： 2 () 22 o cre cr o e p DKE D 临界应变临界应变: 2 (), 2 o cre cr oo e KLD Af EDD (13-11) (13-12) (13-13) L/Do A Do/e 图图13.6 把把(13-13)画成图画成图13.6 图中的直线对应

13、于长圆筒，斜线图中的直线对应于长圆筒，斜线 对应于短圆筒，对应于短圆筒，该图与弹性模量该图与弹性模量 无关，适用于各种材料无关，适用于各种材料。根据筒。根据筒 体的体的L/Do, Do/e由图由图13.6可查出临可查出临 界应变界应变A。（长圆筒失稳时的应。（长圆筒失稳时的应 变变A与与L/Do无关无关） 由由 e o e o e o cr cr DpDpmDp 2 3 22 得得 o e o e cr D B D p 3 2 (2) 图图13.713.9 ：AB关系图关系图 即即 22 33 cr e o BAE pB D 将应力将应力-应变曲线图的纵坐应变曲线图的纵坐 标乘以标乘以2/3，

14、就得到了，就得到了AB 关系图。直线部分对应弹关系图。直线部分对应弹 性范围，曲线部分对应非性范围，曲线部分对应非 弹性范围，弹性范围，故该图对弹性、故该图对弹性、 非弹性失稳都适用。非弹性失稳都适用。 B A t 图图13.79 由由A查出查出B后，就可用（后，就可用（13-16）式求出许用外压）式求出许用外压p。 (13-15) (13-16) L/Do A Do/e 图图13.10 B A t （1）Do/e20的圆筒和管子的圆筒和管子 （仅需进行稳定性校核）（仅需进行稳定性校核） （a）假设）假设n，求，求e=n -c、L/ Do、Do/e ； （b）由）由L/ Do及及Do/e 从图

15、从图 13.6查出查出A，若，若L/ Do大于大于 50，则用，则用L/ Do =50查图，查图， 若若L/ Do小于小于0.05，则用，则用L/ Do = 0.05 查图；查图； 50.0 0.05 （c）由）由A按所用材料和设计温度从图按所用材料和设计温度从图13.79中查到中查到B， 用（用（13-16）计算）计算p；若；若A值落在材料线的左方，则直接值落在材料线的左方，则直接 用（用（13-17）计算）计算p（实际上，只要（实际上，只要A落在直线段上就可落在直线段上就可 用（用（13-17）直接求）直接求p）。）。 2 () 3 e o AE p D （d）比较）比较pc与与p，若，若

16、pc p ,需再设需再设n， 重复上述计重复上述计 算步骤，直到算步骤，直到p大于大于为止为止 。 (13-17) 2/ 1 . 1 eoD A （a）用与）用与Do/e 20 时相同的步骤得到时相同的步骤得到B值。值。 但但Do/e0.1时，取时，取A=0.1。 (13-18) （b）按下式计算）按下式计算p1和和p2 ，并取较小值为，并取较小值为 p 。 1 2 2.25 0.0625 21 1 o e o oo ee pB D p DD （c） p应大于或等于应大于或等于pc ，否则，否则 ,需再设需再设n， 重复上述计重复上述计 算步骤，直到算步骤，直到p大于大于且接近且接近pc为止为

17、止 。 9 . 0,2min t s t o 式中：式中： (13-20) (13-19) 3. 设计参数设计参数 1) 设计压力设计压力p与计算压力与计算压力pc 对外压容器，对外压容器，p取不小于正常工作过程中可能产生取不小于正常工作过程中可能产生 的最大内外压力差。的最大内外压力差。 设有安全控制设有安全控制 装置时装置时 1.25倍最大倍最大 内外压差内外压差 0.1MPa 较较 小小 值值 无安全装置，取无安全装置，取0.1MPa 无无 夹夹 套套 有有 夹夹 套套 真真 空空 容容 器器 夹套内为真空的夹套壁夹套内为真空的夹套壁(内筒为内压内筒为内压)：按按 无夹套真空容器选取无夹

18、套真空容器选取 夹套内为内压的夹套内为内压的：取无夹套：取无夹套 真空容器设计压力，再加上夹套内压力；真空容器设计压力，再加上夹套内压力； 2) 计算长度计算长度L 计算长度计算长度L指两个刚性构件之间的距离。封头、法兰、指两个刚性构件之间的距离。封头、法兰、 加强圈均可视为刚性构件。对于凸形封头，要计入直加强圈均可视为刚性构件。对于凸形封头，要计入直 边高度和封头曲面深度的边高度和封头曲面深度的1/3。 H LL H/3 D0 计算压力计算压力 pc与内压容器的定义一样。与内压容器的定义一样。 3) 试验压力试验压力pT 按内压容器进行压力试验，试验压力为按内压容器进行压力试验，试验压力为

19、液压时：液压时： pT =1.25p 气压时：气压时： pT =1.15p 压力试验前，应按下式校核圆筒应力：压力试验前，应按下式校核圆筒应力： 0.9 0.8 2 t s t s e i T T e pD 液压液压 气压气压 (13-23) (13-24) 13.4 外压封头的设计计算外压封头的设计计算 主要介绍半球形和椭圆形封头的设计。主要介绍半球形和椭圆形封头的设计。 2 2 2 () 3 1 e cr E p R 13.4.1 外压凸形封头外压凸形封头 对于钢材，对于钢材，=0.3，并用并用Ro代替代替R，则则 2 1.2 () e cr o pE R 取取 m=14.52，得球壳许用

20、压力，得球壳许用压力 2 2 1.20.0833 () 14.52 cre o o e pEE p mR R 将将 及（及（13-27）代入上式得：）代入上式得： e o Rp B 借助于外压筒体的图算法，取借助于外压筒体的图算法，取 0.125 oe A R EAB 3 2 半球形封头的图算法半球形封头的图算法 （a）假设）假设n，求，求e = n -c、Ro/e； （b）用（）用（13-29）计算系数）计算系数A； （c）由）由A按所用材料和设计温度从图按所用材料和设计温度从图13.79中查到中查到B 具体步骤：具体步骤： eoR B p 2 0.0833 o e E p R 用用 计算计

21、算p；若；若A值落在材料线的值落在材料线的 左方，则直接用（左方，则直接用（13-27）计算）计算p 。 （d）p应大于或等于应大于或等于pc ，否则再设，否则再设n，重复上述计，重复上述计 算步骤，直到算步骤，直到p大于且接近大于且接近pc为止为止 。 计算步骤和公式与半球形封头相同，不同之处是计算步骤和公式与半球形封头相同，不同之处是 Ro为封头的当量球壳外半径，为封头的当量球壳外半径， Ro=K1Do，K1见表见表13-1。 3 )(2 . 2 o e cr D Ep 只与圆筒的材料以及圆筒的有效厚度与直径之比只与圆筒的材料以及圆筒的有效厚度与直径之比 e /Do 有关有关，而与圆筒的长

22、径比，而与圆筒的长径比L/Do无关无关。 除了与圆筒的材料和圆筒的有效厚度与直径之比除了与圆筒的材料和圆筒的有效厚度与直径之比 e /Do 有关有关外，还与圆筒的长径比外，还与圆筒的长径比L/Do有关有关。 5 . 2 )( / 59. 2 o e o cr DDL E p 13.5 加强圈设计加强圈设计 长圆筒的临界压力长圆筒的临界压力 短圆筒的临界压力短圆筒的临界压力 设计外压圆筒时，在计算过程中，若许用外压力设计外压圆筒时，在计算过程中，若许用外压力p小小 于计算外压力于计算外压力pc，则必须，则必须增加圆筒的厚度或缩短圆筒增加圆筒的厚度或缩短圆筒 的计算长度的计算长度。从短圆筒的临界压

23、力计算式可见，当圆。从短圆筒的临界压力计算式可见，当圆 筒的直径和厚度不变时，减少圆筒的计算长度可以提筒的直径和厚度不变时，减少圆筒的计算长度可以提 高临界压力，从而提高许用操作外压力。高临界压力，从而提高许用操作外压力。 5 . 2 )( / 59. 2 o e o cr DDL E p 外压圆筒的计算长度外压圆筒的计算长度L指两个刚性构件（封指两个刚性构件（封 头、法兰、加强圈均可视为刚性构件）之头、法兰、加强圈均可视为刚性构件）之 间的距离（间的距离（前已提及）。 LL H/3 H D0 从经济学角度看，用增加厚度的办法来提高圆筒的从经济学角度看，用增加厚度的办法来提高圆筒的 许用外压力

24、是不合算的，合适的办法是在外压圆筒许用外压力是不合算的，合适的办法是在外压圆筒 的外部或内部装几道加强圈，以缩短圆筒的计算长的外部或内部装几道加强圈，以缩短圆筒的计算长 度，增加圆筒的刚性。度，增加圆筒的刚性。 特别是特别是当外压圆筒需要用不锈钢或其它贵重金属制造时，当外压圆筒需要用不锈钢或其它贵重金属制造时， 则通过在圆筒外部设置碳钢制成的加强圈可以减小贵重则通过在圆筒外部设置碳钢制成的加强圈可以减小贵重 金属的消耗。金属的消耗。 另外，另外，当现有设备因操作条件改变而不能满足要求时，当现有设备因操作条件改变而不能满足要求时， 增加壁厚是不可能的，设置加强圈减小增加壁厚是不可能的，设置加强圈

25、减小L则方便易行。则方便易行。 所以，采用加强圈结构在外压圆筒的设计上广泛应用。所以，采用加强圈结构在外压圆筒的设计上广泛应用。 加强圈应有足够的刚性，通常采用扁钢、角钢、工字钢加强圈应有足够的刚性，通常采用扁钢、角钢、工字钢 或其它型钢间断地焊接在筒体上，因为型钢截面惯性矩或其它型钢间断地焊接在筒体上，因为型钢截面惯性矩 较大，刚性较好。较大，刚性较好。 见下图：见下图： L / eo Dc p 基本要求：为使加强圈真正起到加强作用，两加基本要求：为使加强圈真正起到加强作用，两加 强圈之间的最大距离必须保证筒体为短圆筒。根强圈之间的最大距离必须保证筒体为短圆筒。根 据短圆筒的临界压力计算式：

26、据短圆筒的临界压力计算式： 5 . 2 )( / 59. 2 o e o cr DDL E p 将计算压力将计算压力 中代入后，取等号中代入后，取等号 可推出加强圈的最大间距：可推出加强圈的最大间距： m p pp cr c cr p 2.5 0 max 0 2.59 ()1332 e c ED L mpD 当加强圈是均匀分布时，筒体所需设置的加强圈当加强圈是均匀分布时，筒体所需设置的加强圈 数为：数为： 1 max L L n (13-33) 将将n圆整为整数值后，相邻加强圈间的距离为圆整为整数值后，相邻加强圈间的距离为 1 s L L n (13-34) 加强圈的尺寸，必须确保加强圈与筒体

27、组合后的截加强圈的尺寸，必须确保加强圈与筒体组合后的截 面惯性矩足够大，即必须要有足够的刚性和惯性矩。面惯性矩足够大，即必须要有足够的刚性和惯性矩。 筒体上以筒体上以 为间距为间距设置加强圈后，加强圈与筒体的设置加强圈后，加强圈与筒体的 有效段共同承受加强圈两侧各有效段共同承受加强圈两侧各 范围内的外压载范围内的外压载 荷，设计时将加强圈与筒体视为一单层筒体，其厚荷，设计时将加强圈与筒体视为一单层筒体，其厚 度称为当量厚度，用度称为当量厚度，用 表示表示 s L s 1 2 L y 图13.14 每个加强圈所承受的载荷 s ye s A L (13-35) e s A 式中式中 为筒体的有效厚

28、度，为筒体的有效厚度，mm； 为加强圈的横截面积，为加强圈的横截面积，mm2。 有效段筒体的截面积有效段筒体的截面积Ae为为 ee 2Ab (13-36) 式中，式中，b为圆筒有效宽度，为圆筒有效宽度， oe 0.55bDmm 经理论分析并考虑适当的安全系数，筒体有效段和加经理论分析并考虑适当的安全系数，筒体有效段和加 强圈稳定所需要的组合截面惯性矩强圈稳定所需要的组合截面惯性矩I为为 2 osess () 10.9 D LA L IA (13-37) 式中，式中，A为当量厚度圆筒失稳时的周向临界应变。为当量厚度圆筒失稳时的周向临界应变。 加强圈与圆筒有效段实际所具有的组合惯性矩加强圈与圆筒有

29、效段实际所具有的组合惯性矩Is 22 s1s2e ()IIA caIA a (13-38) 为加强圈对其形心轴为加强圈对其形心轴的惯性矩，的惯性矩，mm4； 为圆筒有效段对其形心轴为圆筒有效段对其形心轴的惯性矩，的惯性矩，mm4； 为组合截面形心轴为组合截面形心轴至圆筒有效段形心轴至圆筒有效段形心轴的距离，的距离， mm； 为加强圈截面形心轴为加强圈截面形心轴至圆筒有效段形心轴至圆筒有效段形心轴的的 距离，距离，mm。 式中，式中， 为加强圈与圆为加强圈与圆 筒有效段的组合截面筒有效段的组合截面 对其形心轴对其形心轴的组合的组合 惯性矩，惯性矩，mm4； 22 s1s2e ()IIA caIA

30、 a (13-38) 3.加强圈图算法的设计步骤加强圈图算法的设计步骤 (1)假设加强圈的个数与间距假设加强圈的个数与间距Ls，选择加强圈尺寸，选择加强圈尺寸， 计算或由手册查得计算或由手册查得As，并计算加强圈与筒体有效段，并计算加强圈与筒体有效段 实际所具有的组合惯性矩实际所具有的组合惯性矩Is； (2) 根据已知的根据已知的Pc、Do和选择的和选择的e、Ls，按下式计算，按下式计算 当量厚度圆筒周向失稳时的当量厚度圆筒周向失稳时的B值值 co ess p D B A L (13-39) (3) 按相应材料的厚度计算图按相应材料的厚度计算图13.7至图至图13.9，从图的右方，从图的右方

31、找到上述计算的找到上述计算的B值，由此点沿水平方向左移，与相值，由此点沿水平方向左移，与相 应设计温度下的材料温度线相交，再从交点垂直下应设计温度下的材料温度线相交，再从交点垂直下 移查取移查取A值。若与材料温度线无交点，则按式值。若与材料温度线无交点，则按式(13-40) 计算计算A值值 3 2 B A E (13-40) (4) 把查得的把查得的A值代入式值代入式(13-37)中，求得所需的组合截中，求得所需的组合截 面最小惯性矩面最小惯性矩I； (5) 比较比较Is和和I，若，若Is大于并接近于大于并接近于I，则满足要求，否则，则满足要求，否则 应重新选择加强圈尺寸，重复上述计算，直至满

32、足应重新选择加强圈尺寸，重复上述计算，直至满足 要求为止。要求为止。 本本 章章 小小 结结 学习本章内容要特别注意将外压壳体的稳定性计算学习本章内容要特别注意将外压壳体的稳定性计算 与内压壳体的强度计算进行比较，并且通过对比得与内压壳体的强度计算进行比较，并且通过对比得 出有实用价值的结论。出有实用价值的结论。 1. 外压筒体处于外压筒体处于压缩应力压缩应力状态，可能出现的两种失状态，可能出现的两种失 效形式是压缩屈服破坏和失稳破坏，其中效形式是压缩屈服破坏和失稳破坏，其中失稳破坏失稳破坏 是外压薄壁筒体的主要失效形式。是外压薄壁筒体的主要失效形式。筒体失稳时器壁筒体失稳时器壁 中的压应力低

33、于材料的屈服极限则称为弹性失稳，中的压应力低于材料的屈服极限则称为弹性失稳， 反之为非弹性失稳。反之为非弹性失稳。 2. 使筒体发生失稳的最小外压力称为临界压力使筒体发生失稳的最小外压力称为临界压力pcr， 其主要影响因素有：其主要影响因素有： （1）筒体材料的）筒体材料的E、。 （2）筒体结构尺寸）筒体结构尺寸L/Do、Do/e及形状偏差。及形状偏差。 L是筒体的计算长度而非实际长度。是筒体的计算长度而非实际长度。 3. 受周向均布外压的圆筒按端部约束是否影响筒体稳受周向均布外压的圆筒按端部约束是否影响筒体稳 定性可划分为短圆筒和长圆筒，划分标志是圆筒临定性可划分为短圆筒和长圆筒，划分标志是

34、圆筒临 界长度界长度Lcr。 若若L Lcr ，则约束作用对筒体无影响，称为长圆筒，则约束作用对筒体无影响，称为长圆筒， 失稳时波数失稳时波数n=2； 若若L 2； 长圆筒，长圆筒，Bresse公式，公式， 3 2.2 ()104 e cr pE D 短圆筒，短圆筒，Lamm公式，公式， 2.5 2.59 ()107 / e cr E p L DD 上面两式只能用于弹性失稳，因非弹性失稳时上面两式只能用于弹性失稳，因非弹性失稳时E不不 再是常数。再是常数。 令上面两式相等，可得到圆筒的临界长度公式令上面两式相等，可得到圆筒的临界长度公式 1.17109 o o cr e D LDmm 1. 外

35、压筒体稳定性设计的目的是防止发生失稳破坏，外压筒体稳定性设计的目的是防止发生失稳破坏， 条件是计算外压力条件是计算外压力pc不得大于稳定性计算确定的许用不得大于稳定性计算确定的许用 外压外压p，即满足稳定性条件：，即满足稳定性条件： 10 10 cr c p ppMPa m 稳定性设计的核心问题是计算许用外压稳定性设计的核心问题是计算许用外压p。 2. 稳定性系数稳定性系数m是考虑是考虑pcr公式的准确性和制造所能控公式的准确性和制造所能控 制的筒体形状偏差等因素后所取的安全系数。在目前制的筒体形状偏差等因素后所取的安全系数。在目前 制造水平下，制造水平下，GB150规定规定m=3，并相应规定

36、了筒体椭，并相应规定了筒体椭 圆度圆度e=Dmax-Dmin的值。的值。 3. 用解析法时，要先假设长圆筒或短圆筒，弹性或非用解析法时，要先假设长圆筒或短圆筒，弹性或非 弹性失稳，并由结果对假设进行校核，而且解析法只弹性失稳，并由结果对假设进行校核，而且解析法只 能用于弹性失稳，所以应用很不方便。工程设计用图能用于弹性失稳，所以应用很不方便。工程设计用图 算法。但图算法也是由解析法公式得出的。算法。但图算法也是由解析法公式得出的。 4.掌握图算法的原理，即图算法的两个图是怎么得来的。掌握图算法的原理，即图算法的两个图是怎么得来的。 图算法的设计步骤：图算法的设计步骤：假定假定n查出查出A查出或

37、计算查出或计算 出出B计算计算p校核校核pcp是否满足。是否满足。 图算法能用于各种材料、各种尺寸、弹性或非弹性失稳图算法能用于各种材料、各种尺寸、弹性或非弹性失稳 的外压圆筒。的外压圆筒。 5. 设计参数的选取。设计压力设计参数的选取。设计压力p和计算压力和计算压力pc、计算长、计算长 度度L、试验压力、试验压力pT 、厚度附加量、厚度附加量C、焊接接头系数、焊接接头系数。 1. 加强圈是内压圆筒设计中没有的内容。外压圆筒设加强圈是内压圆筒设计中没有的内容。外压圆筒设 置加强圈可减小计算长度，达到减小壁厚或提高许用置加强圈可减小计算长度，达到减小壁厚或提高许用 外压的目的，但前提是设置加强圈

38、后筒体的计算长度外压的目的，但前提是设置加强圈后筒体的计算长度 必须在短圆筒范围内。否则加强圈起不到作用。必须在短圆筒范围内。否则加强圈起不到作用。 复复 习习 思思 考考 题题 1. 外压容器设计主要考虑稳定性问题，而内压容器设外压容器设计主要考虑稳定性问题，而内压容器设 计主要考虑强度问题，不存在失稳。这种说法对否？计主要考虑强度问题，不存在失稳。这种说法对否？ 不对。内压容器也存在失稳问题。如椭圆封头不对。内压容器也存在失稳问题。如椭圆封头a/b值值 较大时，赤道处就有很大压应力，会产生局部失稳。较大时，赤道处就有很大压应力，会产生局部失稳。 2. 有一外压长圆筒设置两个加强圈后仍属长圆筒，有一外压长圆筒设置两个加强圈后仍属长圆筒， 问此设计是否合理？问此设计是否合理？ 不合理。设置加强圈的目的是把长圆筒改变为短圆不合理。设置加强圈的目的是把长圆筒改变为短圆 筒，提高其许用外压，如仍为长圆筒，则许用外压筒，提高其许用外压，如仍为长圆筒，则许用外压 不变，设置的加强圈未起到作用。不变，设置的加强圈未起到作用。 3. 外压圆筒限制椭圆度的目的是什么？内压圆筒限制外压圆筒限制椭圆度的目的是什么？内压圆筒限制 椭圆度的目的又是什么？为什么外压筒体的椭圆度比椭圆度的目的又是什么？为什么外压筒体的椭圆度比 内压筒体控制的严格？内压筒体控制的严格？ 外压圆筒限制椭圆度是因为初始椭圆度会导