《化工容器及设备》第单元外压容器

外压容器第一节外压容器的稳定性第二节外压圆筒与外压球壳的图算法第三节外压圆筒的加强圈计算第四节外压封头计算第五节轴向受压圆筒第一节外压容器的稳定性一、外压容器的失稳二、外压薄壁圆筒临界压力计算三、临界长度与计算长度

第一节外压容器的稳定性（续）——壳体外部压力大于壳体内部压力的容器。外压容器在石油、化工生产中，许多容器和设备要在外压下操作。应用举例（1）真空操作容器或贮槽、减压精馏塔的外壳（2）用于加热或冷却的夹套容器的内层壳体第一节外压容器的稳定性（续）

外压容器薄膜应力计算方法与内压容器相同，唯一不同点是应力的方向相反（弹性失效准则），承受内压时，圆筒薄膜应力为拉应力，承受外压时，圆筒薄膜应力为压应力。刚度不足而发生失稳破坏（讨论重点）强度不足而发生压缩屈服失效承受外压壳体失效形式：第一节外压容器的稳定性（续）运输中容器失稳第一节外压容器的稳定性（续）一、外压容器的失稳失稳现象定义:实质:从一种平衡状态跃到另一种平衡状态;应力从压应力变为弯应力。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）。第一节外压容器的稳定性（续）波纹数n=2波纹数n=3波纹数n=5波纹数n=4具体表现——横断面由圆变为波浪形，与壳体长度有关外压失稳的形状：第一节外压容器的稳定性（续）轴向非对称失稳轴向对称失稳外压对称失稳第一节外压容器的稳定性（续）

由于薄壁外压容器的失稳往往是在强度破坏前发生。因此外压容器的主要失效形式是容器丧失稳定性，保证外压容器的稳定性是外压容器正常工作的必要条件。失稳类型弹性失稳弹塑性失稳（非弹性失稳）第一节外外压容器的的稳定性（续）弹性失稳：：对于壁厚t与直径D比很小的簿壁回转壳壳，失稳时，，器壁的压压缩应力通通常低于材材料的比例例极限，这这种失稳称称为弹性失稳；非弹性失稳稳（弹塑性性失稳）：：当间转壳体体厚度增大大时，壳壁壁中的压缩缩应力，超超过材料的的屈服点才才发生失稳稳，这种失失稳称为非弹性失稳稳或弹塑性失稳稳。非弹性失稳稳的机理和和理论分析析远较弹性性失稳复杂杂，工程上上一般采用用简化计算算方法。第一节外外压容器的的稳定性（续）失效形式：：一种是因强强度不足，，发生压缩缩屈服失效效；一种是因刚刚度个足，，发生失稳稳破坏。外部载荷形形式：轴向载荷周向载荷综合载荷第一节外外压容器的的稳定性（续）簿壁回转壳壳体承受均均匀外压时时，不仅在在其周向均均匀受压，，同时可能能在轴向受受到均匀压压缩载荷。。理论分析析表明这种种轴向外压压对壳体失失稳影响不不大。工程程上主要讨讨论受周向均匀匀外压薄壁壁回转壳体体的弹性失稳稳问题。第一节外外压容器的的稳定性（续）临界压力pcr壳体失稳时时所承受的的相应压力力。研究表明，，薄壁园柱柱壳受周向向外压，当当外压力达达到一个临临界值时，，开始产生生径向挠曲曲，并迅速速增加。沿沿周向出现现压扁或几几个有规则则的波纹。。波纹数n：与临界界压力相对对应，较少少的波纹数数相应于较较低的临界界压力（对对于给定外外直径和壳壳壁厚度的的园柱壳））。第一节外外压容器的的稳定性（续）影响波纹数n和临界压力pcr主要因素注意:外压容器失失稳的根本本原因是由由于壳体刚刚度不足，，并不是由由于壳体存存在椭圆度度或材料不不均匀所致致。即椭圆度和材材料不均匀匀对失稳的的性质无影影响，只影影响使pcr↓。与圆柱壳端端部约束形形式、约束束之间距离离和圆柱壳壳上两个刚刚性元件之之间距离L有关；随着壳体材材料t弹性模量、、泊松比的的增大而增增加；非弹性失稳稳的临界压压力，还与与材料的屈屈服点有关关。第一节外外压容器的的稳定性（续）求、、、、理想圆柱壳壳小挠度理理论线性平衡方方程和挠曲曲微分方程程；②失稳时圆柱柱壳体的应应力仍处于弹性范范围。①圆柱壳厚度度t与半径D相比是小量，位位移w与厚度t相比是小量(,)假设设理论论目的的第一一节节外外压压容容器器的的稳稳定定性性（续）工程程中中，，在在采采用用小小挠挠度度理理论论分分析析基基础础上上，，引引进进稳稳定定性性安安全全系系数数m，限限定定外外压压壳壳体体安安全全运运行行的的载载荷荷。。（1）壳壳体体失失稳稳的的本本质质是是几几何何非非线线性性的的问问题题（2）经经历历成成型型、、焊焊接接、、焊焊后后热热处处理理的的实实际际圆圆筒筒，，存存在在各各种种初初始始缺缺陷陷，，如如几几何何形形状状偏偏差差、、材材料料性性能能不不均均匀匀等等（3）受受载载不不可可能能完完全全对对称称小挠挠度度线线性性分分析析会会与与实实验验结结果果不不吻吻合合。。该理理论论的的局局限限第一一节节外外压压容容器器的的稳稳定定性性（续）外压圆筒的稳稳定条件第一节外压压容器的稳定定性（续）稳定系数（稳定性安全系系数）m：确定稳定系数m，要全面考虑虑所用理论公公式的精确程程度，制造技技术所能保证证的质量（如如形状公差）），焊接结构构形式等因素素。如果所取m太小，会对制制造要求过高高；如果m太大则使设备备笨重，造成成浪费第一节外压压容器的稳定定性（续）我国GB150—1998《钢制压力容器器》规定取外压圆筒的的稳定系数m=3。在制造技术要要求中则对外外压圆筒相应应规定椭圆度度＜0.5％D（D为圆筒的公称称直径），且且≤25mm。椭圆度为圆筒筒最大内径和和最小内径之之差与公称直直径之比(Dmax-Dmin)／D。圆筒壳的初始始椭圆度会降降低圆筒壳的的临界压力。。如果椭圆度度＞0.5％，就不能再再用m＝3，初始椭圆度度对外压圆筒筒的临界压力力的产生影响响。第一节外压压容器的稳定定性（续）二、外压薄壁壁圆筒临界压压力计算外压薄壁圆筒筒的稳定性计计算是以小挠挠度理论为基基础，此理论论有以下假设设：第一，筒筒体壁厚与半半径相比是小小量，位移与与壁厚相比是是小量。从而而可得到用位位移表示的线线性平衡微分分方程；第二二、失稳时简简体的应力仍仍处于弹性范范围。第一节外压压容器的稳定定性（续）外压圆筒分类类：L/Do和Do/t较大时，其中中间部分将不不受两端约束束或刚性构件件的支承作用用，壳体刚性性较差，失稳稳时呈现两个个波纹，n=2。L/Do和Do/t较小时，壳体体两端的约束束或刚性构件件对圆柱壳的的支持作用较较为明显，壳壳体刚性较大大，失稳时呈呈现两个以上上波纹，n＞2。L/Do和Do/t很小时，壳体体的刚性很大大，此时圆柱柱壳体的失效效形式已经不不是失稳，而而是压缩强度度破坏。刚性圆筒短圆筒长圆筒第一节外压压容器的稳定定性（续）1.长圆筒筒的临界压力力由于长圆筒的的壳体足够长长，故其失稳稳不受筒端的的约束作用，，因此长圆筒筒的临界压力力的计算方法法与圆筒中离离边界较远处处切出的圆环环的临界压力力计算方法是是相同的。在在推导长圆筒筒临界压力的的理论公式时时，可从长圆圆筒中沿轴向向切出宽度为为1个单位的的圆环建立挠挠曲线的微分分方程式并求求解，进而求求得长圆筒的的临界压力公公式。第一节节外外压容容器的的稳定定性（续）长圆筒筒的临临界压压力计计算公公式：：对于钢钢质圆圆筒（（μ=0.3）：第一节节外外压容容器的的稳定定性（续）临界应应力（（临界界压力力在圆圆筒壁壁中引引起的的周向向压缩缩应力力）：：适用条条件：：（小于于比例例极限限时适适用））第一节节外外压容容器的的稳定定性（续）2.短短圆筒筒的临临界压压力适用条条件：：（小于于比例例极限限时适适用））临界应应力临界压压力第一节节外外压容容器的的稳定定性（续）3.刚性圆圆筒的的临界界压力力失效主主要是是强度度破坏坏，强强度校校核公公式与与内压压圆筒筒相同同。其其最大大外压压力为为：第一节节外外压容容器的的稳定定性（续）形状状缺缺陷陷对对圆圆筒筒稳稳定定性性的的影影响响圆筒形状缺陷：不圆局部区域中的折皱、鼓胀、凹陷影响:内压下，有消除不圆度的趋势外压下，在缺陷处产生附加的弯曲应力圆筒筒中中的的压压缩缩应应力力增增加加临界界压压力力降降低低实际际失失稳稳压压力力与与理理论论结结果果不不能能很很好好吻吻合合；；工程程应应用用对对圆圆筒筒的的初初始始不不圆圆度度严严格格限限制制。。（1）长长圆圆筒筒临临界界压压力力与与圆圆筒筒的的计计算算长长度度无无关关（2）长圆筒抗抗失稳能力力与E有关，而强强度上的承承压能力与与σS有关用高强度钢钢代替低强强度钢，只只能提高圆圆筒的强度度，而不能能提高其抗抗失稳能力力（3）对于薄壁壁圆筒，使使长圆筒失失稳的压力力（Pcr）远远小于于使长圆筒筒屈服的压压力（PS），即失稳稳破坏限于于强度破坏坏。第一节外外压容器的的稳定性（续）注意第一节外外压容器的的稳定性（续）其他回转壳壳体的临界界压力经典公式：：1.半球壳第一节外外压容器的的稳定性（续）2.碟形壳：同球壳计算算，但R用碟形壳中中央部分的的外半径RO代替同碟形壳计计算，RO=K1DO钢材：3.椭球壳：第一节外外压容器的的稳定性（续）注意：Le——锥壳的当量量长度；DL——锥壳大端外外直径DS——锥壳小端外外直径Te——锥壳当量厚厚度锥壳上两刚刚性元件所所在处的直直径适用于：按平板计算算，平板直直径取锥壳壳最大直径径4.锥壳第一节外外压容器的的稳定性（续）第一节外外压容器的的稳定性（续）塔受风载时时，迎风侧侧产生拉应应力，而背背风侧产生生压缩应力力，当压缩缩应力达到到临界值时时，塔就丧丧失稳定性性。受内压的标标准椭圆形形封头，在在赤道处为为压应力,可能失稳。。除受外压作作用外，只只要壳体在在较大区域域内存在压压缩薄膜应应力，也有有可能产生生失稳。不仅受外压压的壳体可可能失稳，，

受内压压的壳体也也可能失稳稳。例如：其它失稳稳举例：：第一节外外压容容器的稳稳定性（续）三、临界界长度与与计算长长度如何区别别长圆筒筒和短圆圆筒。则则需要有有一个长长度的界界限。我我们用临界长度度Lcr做为长、、短圆筒筒的区别别界限。。若L＞＞Lcr属于长圆圆筒；若若L＜Lcr则属于短短圆筒。。外压圆筒筒的计算长度度L是指简简体上相相邻两个个刚性构构件之间间的最大大距离。。端盖、、法兰，，加强圈圈都是刚刚性构件件。第一节外外压容容器的稳稳定性（续）1.临临界长度度长圆筒与与短圆筒筒临界长长度长圆筒短圆筒第一节外外压容容器的稳稳定性（续）短圆筒与与刚性圆圆筒临界界长度短圆筒刚性圆筒第一节外外压容容器的稳稳定性（续）圆筒类型型的判据据长圆筒短圆筒刚性圆筒筒2.计算长度度计算长度度——筒体上相相邻两个个刚性构构件（封封头、法法兰、支支座、加加强圈等等均可视视为刚性性构件））之间的的最大距距离。计计算时可可根据以以下结构构进行确确定。第一节外外压容容器的稳稳定性（续）2.计计算长度度（续））第一节外外压容容器的稳稳定性（续）第一节外外压容容器的稳稳定性（续）第二节外外压圆圆筒与球球壳的图图算法一、算图图中的符符号说明明二、外压压圆筒的的图算法法三、外压压球壳的的图算法法第二节外外压筒筒球壳的的图算法法（续）外压圆筒筒与球壳壳壁厚计计算，除除可以采采用解析析法确定定以外，，还可以以采用图图算法来来计算，，我国GB150——1998《钢钢制压力力容器》》规定外外压容器器设计采采用图算算法。图算法比比较简单单、它对对于长、、短圆筒筒、球壳壳以及对对于弹塑塑性变形形范围内内的稳定定问题都都适用。。图表是以以米赛斯斯公式为为基础作作出的。。第二节节外外压筒筒球壳壳的图图算法法（续）①假设筒筒体的的名义义厚度度δn；②计算有有效厚厚度δe；③求出临临界长长度Lcr，将圆圆筒的的外压压计算算长度度L与Lcr进行比比较，，判断断圆筒筒属于于长圆圆筒还还是短短圆筒筒；④根据圆圆筒类类型，，选用用公式式计算算临界界压力力Pcr；⑤选取稳稳定性性安全全系数数m，计算算许用用外压压[p]=⑥比较设设计压压力p和[p]的大小小。若若p小于等等于[p]且较为为接近近，则则假设设的名名义厚厚度δn符合要要求；；否则则应重重新假假设δn，重复复以上上步骤骤，直直到满满足要要求为为止。。特点：：反复复试算算，比比较繁繁琐。。解析法法设计计步骤骤：：中的中中面直直径D、厚度度t相应改改为外外径Do、有效效厚度度δe，得：：将式算图来来源:假设：：圆筒筒仅受受径向向均匀匀外压压，而而不受受轴向向外压压，与圆环环一样样处于于单向向（周周向））应力力状态态。第二节节外外压筒筒球壳壳的图图算法法（续）图算法法原理理：（（标准准规范范采用用）长圆筒筒临界界压力力短圆筒筒临界界压力力第二节节外外压筒筒球壳壳的图图算法法（续）圆筒在在pcr作用下下，产生的的周向向应力力不论长长圆筒筒或短短圆筒筒，失失稳时时周向向应变变（按按单向向应力力时的的虎克克定律律）为为：为避开开材料料的弹弹性模模量E（塑性性状态态为变变量）），采采用应变变表征征失失稳稳时时的的特特征征。。代入入长长、、短短圆圆筒筒临临界界压压力力公公式式第二二节节外外压压筒筒球球壳壳的的图图算算法法（续）将长长、、短短圆圆筒筒的的pcr公式式分分别别代代入入应应变变式式中中，，得得长圆圆筒筒短圆圆筒筒第二二节节外外压压筒筒球球壳壳的的图图算算法法（续）令A=εεcr，以以A作为为横横坐坐标标，，L/Do作为为纵纵坐坐标标，，Do/δδe作为为参参量量绘绘成成曲曲线线；；见见图图4-4径向向受受均均匀匀外外压压，，径径向向和和轴轴向向受受相相同同外外压压的的圆圆筒筒：：教材材P86注意意第二二节节外外压压筒筒球球壳壳的的图图算算法法（续）（1）几几何何参参数数计计算算图图：：L/Do—Do/δδe—A关系系曲曲线线第二二节节外外压压筒筒球球壳壳的的图图算算法法（续）图4-4外压压或或轴轴向向受受压压圆圆筒筒几几何何参参数数计计算算图图与材材料料弹弹性性模模量量E无关关，，对对任任何何材材料料的的筒筒体体都都适适用用。。第二二节节外外压压筒筒球球壳壳的的图图算算法法（续）用途途:适用用:讨论论：：长圆圆筒筒———与纵纵坐坐标标平平行行的的直直线线簇簇，，失失稳稳时时周向向应应变变A与L/Do无关关；；短圆圆筒筒———斜平平行行线线簇簇，，失失稳稳时时A与L/Do、Do/δδe都有有关关。。拐点点———Lcr/Do之比比值值。。第二二节节外外压压筒筒球球壳壳的的图图算算法法（续）已知知：：L/Do，Do/δδe查几几何何参参数数计计算算图图4-4（L/Do—Do/δδe—A关系系曲曲线线））周向向应应变变A（横横坐坐标标））找出出A与pcr的关关系系（（类类似似：：应应变变—应力力））判定定筒筒体体在在操操作作外外压压力力下下是是否否安安全全。。方法法思思路路（2）厚厚度度计计算算图图（（不不同同材材料料））：：B—A关系曲线线第二节外外压筒筒球壳的的图算法法（续）临界压力力pcr，稳定性性安全系系数m，许用外外压力[p]，代入式整理得：：令GB150，ASMEⅧ-1均取m=3，第二节外外压筒筒球壳的的图算法法（续）由该式建建立B与A的关系图图以A作为横坐坐标，B作为纵坐坐标，材料温度度线作为为参量绘绘成曲线线：见图图4-5～4-12第二节外外压筒筒球壳的的图算法法（续）

按材料的拉伸（压缩）曲线在纵坐标方向按2/3比例缩小绘制而成。实质:反映关系（钢材）第二节外外压筒筒球壳的的图算法法（续）a.不同材料料∴∴不同同材料有有不同曲曲线b.温度不同同∴∴同一一种材料料有一簇簇曲线c.适用：对对弹性失失稳、非非弹性失失稳均适适用用途：计计算第二节外外压筒筒球壳的的图算法法（续）讨论：第二节外外压筒筒球壳的的图算法法（续）一、算图图中的符符号说明明第二节外外压筒筒球壳的的图算法法（续）第二节外外压筒筒球壳的的图算法法（续）二、外压压圆筒的的图算法法计算壁厚厚步骤如如下：外压圆筒（Do/δe）薄壁圆筒（Do/δe≥20）失稳失稳强度失效Do/δe＝20厚壁圆筒（Do/δe＜20）第二节外外压筒筒球壳的的图算法法（续）1.的的圆筒筒与管子子①假设名名义壁厚厚，计算算有效壁壁厚，，定出出长径比比L/D0和径厚比比D0/δe。②查图4-4，，遇中间间值用内内插法，，查系数数A。长长径比＜＜0.05，取取长径比比=0.05。。③按图4-5～～4-12，查查系数B。遇中间值值用内插插法。第二节节外外压筒筒球壳壳的图图算法法（续）第二节节外外压筒筒球壳壳的图图算法法（续）④计算算许用用外压压力[p],[p]≥pc。否则则重新新假设设名义义厚度度，重重复计计算。。[p]计算算公式式：如果系系数A落在在设计计温度度下材材料的的左方方，用用公式式：第二节节外外压筒筒球壳壳的图图算法法（续）2.的的圆圆筒与与管子子这一类类应同同时考考虑强强度和和稳定定性问问题。。①查出出系数数B的的方法法同前前，径径厚比比D0/δe＜4时时用公公式计计算系系数A，若若A＞＞0.1时时，取取A=0.1：：②按以以下两两式计计算许许用外外压力力，取取其中中的较较小者者。第二节节外外压筒筒球壳壳的图图算法法（续）式中应应力，，取以以下两两式得得较小小者：：③计算算许用用外压压力[p],[p]≥pc。否则则重新新假设设名义义厚度度，重重复计计算。。第二节节外外压筒筒球壳壳的图图算法法（续）三、外外压球球壳的的图算算法1.球球壳壳的临临界压压力2.许许用用压力力[p]（（取稳稳定系系数m=3）第二节节外外压筒筒球壳壳的图图算法法（续）3.外外压压球壳壳图算算法步步骤：：①假设设球壳壳名义义厚度度，计计算有有效厚厚度，，定出出R0/δδe，，②计算算系数数A的的值：：③查图图4-5～4-12，，得到到系数数B。。按下下式计计算许许用压压力[p]。④计算算许用用外压压力[p],[p]≥pc。否则则重新新假设设名义义厚度度，重重复计计算。。第二节外压压筒球壳的图图算法（续）如图某一外压压圆筒形塔体体，工作温度度为150℃，材料为普通通碳素钢Q235—A，内径Di=1000mm，筒体总长l=6500mm(不包括封头高高)，椭圆形封头头直边高度h=25mm，曲面深度h1=250mm，设计压力为为0.1MPa，C2取1.2mm，无安全控制制装置，试计计算塔体的壁壁厚。第二节外压压筒球壳的图图算法（续）解:用图算法进行行计算。①假设塔体名义义厚度第二节外压压筒球壳的图图算法（续）②用内插法查图图。根据图4—4，A=0.00013。③因所用材料为为Q235—A钢，故选图4—5系数A落在设计温度度下材料线左左方，因此计算许用外压压力[p1]④因且且接近pc，

故假定壁壁厚符合计算算要求，确定定塔体壁厚为为10mm。第三节外压压用加强圈计计算（续）加强圈的间距截面尺寸结构设计考虑的问题目的将长圆筒转化化为短圆筒，，可以有效地地减小筒体厚厚度、提高筒筒体稳定性，，即比增加圆简壁壁厚更加经济济合理，不仅仅节省材料，，并且可以减减轻筒体重量量。可以减少大直直径范壁圆筒筒形状缺陷的的影响，提高高筒体的刚度度。加强圈设计第三节外压压用加强圈计计算（续）一、加强圈结结构及其要求求1.结构第三节外压压用加强圈计计算（续）2.要求⑴加强圈应有足足够的刚性，，常用扁钢、、角钢、工字字钢或其他类类型钢制成。。⑵它可以设置在在容器的内部部或外部，并并应全部围绕绕容器的圆周周。加强圈自自身在环向的的连接要用对对接焊。⑶加强圈和壳体体连接必须足足够紧密、在在载荷作用下下能够共同承承受应力，如如果不能保证证加强圈和壳壳体一起受力力，就会大大大降低临界载载荷。加强圈圈与壳体的连连接可用连续续焊或间断焊焊。⑷为了保证壳体体及加强圈的的稳定性，加加强圈不能随随意削弱或割割断。第三节外压压用加强圈计计算（续）3.焊接（（结构）加强圈与壳体体连接结构采采用满焊和间间断焊间断焊缝布置置如图，间断断焊缠之间的的间隙为l，对于于外加加强圈圈取l≤8×t对于内内加强强圈取取l≤12×t。间断断焊缝缝可以以相互互错开开或并并排布布置。。第三节节外外压用用加强强圈计计算（续）第三节节外外压用用加强强圈计计算（续）4.注注意意的问问题⑴图示结结构的的E或F处，截截面应应具有有该圈圈所需需的惯惯性矩矩。其其大小小应以以它本本身的的中性性轴来来计算算。第三节节外外压用用加强强圈计计算（续）⑵对于由由于种种种原原因必必须削削弱或或割断断的加加强圈圈。需要留留出间间隙时时，如如图D及E处，则则不应应超过过规定定的弧弧长如如图4-16。否则则，应应将容容器内内部和和外部部的加加强圈圈相邻邻部分分之间间接合合起来来。第三节节外外压用用加强强圈计计算（续）第三节节外外压用用加强强圈计计算（续）⑶采用用图示示C处处的结结构，，外加强强圈C处截面面应具具有加加强圈圈所需需要的的惯性性矩。。若能同同时满满足以以下3个条条件者者除外外：①圆筒筒上不不受加加强圈圈支撑撑的弧弧长不不超过过900；②相邻邻两个个加强强圈的的不受受支撑撑的圆圆筒弧弧长相相互交交错1800；③圆筒筒计算算长度度L应应取下下列数数值的的较大大者：：相间间隔加加强圈圈之间间的最最大距距离；；从封封头转转角线线至第第二个个加强强圈中中心的的距离离再加加上1/3封头头曲面面深度度。第三节节外外压用用加强强圈计计算（续）第三节节外外压用用加强强圈计计算（续）⑷容器内内部的的构件件如塔塔盘等等，如如果与与使其其起加加强作作用，，可视视为加加强圈圈。⑸装在筒筒体外外部的的加强强圈其其每侧侧间断断焊的的总长长度不不小于于筒体体外圈圈周长长的二二分之之一；；⑹加强圈圈装在在筒体体内部部时，，加强强圈每每侧间间断焊焊的总总长不不应小小于筒筒体内内圆周周长的的三分分之一一。第三节节外外压用用加强强圈计计算（续）二、加加强圈圈的图图算法法1.加加强强圈的的间距距计算算加强圈圈首先先应合合理确确定加加强圈圈数量量及间间距L。加加强圈圈间距距必须须小于于式：：求得的的临界界长度度Lcr,否则则加强强圈不不会提提高圆圆筒壳壳的承承压能能力。。第三节节外外压用用加强强圈计计算（续）对于筒筒体若若仅受受均布布外压压力作作用，，且在在弹性性失稳稳范围围内，，用拉拉姆近近似公公式求求得加加强圈圈的最最大间间距：：加强圈圈的实实际间间距Ls≤Lmax是合适适的第三节节外外压用用加强强圈计计算（续）2.加加强强圈的的计算算加强圈与圆圆筒一样，，本身也有有稳定性问问题。计算算步骤为：：①初定数量量和间距，，使Ls≤Lmax；②选择材料料，初定截截面尺寸，，计算截面面面积As和加强圈与与圆筒有效效组合截面面的惯性矩矩Ia；③用下式计计算B值；；第三节外外压用加强强圈计算（续）④使用计算算图4-5～图图4-12，查出系系数A；若若图中无值值，则按下下式计算：：⑤用下式计计算加强圈圈与圆筒的的组合段所所需的惯性性矩：⑥Is≥I为合适适，否则重重复计算。。第三节外外压用加强强圈计算（续）3.计算算公式中的的符号说明明第三节外外压用加强强圈计算（续）加强圈与圆圆筒焊成一一个整体，，与圆筒一一样受径向向外压作用用，故安全全条件仍然然是保证不不丧失稳定定。在进行行加强圈计计算时，可可认为加强强圈与部分分壳体共同同承受圈两两侧各L/2范围内内的外压载载荷(见图图)。第三节外外压用加强强圈计算（续）筒体有效段的的长度范围为为2b(计算截面面积积As)，GB150-1998规定，加强圈圈中心线两侧侧有效长度：：相邻部分有重重叠时每侧按按1/2计算。第三节外压压用加强圈计计算（续）4.组合惯惯性矩的计算算步骤：①计算组合段段，加强圈和和筒体的有效效截面面积；；加强圈面积积AS用型材时可查查手册，筒体体面积A2按式计算：②计算加强圈圈和筒体的有有效段惯性矩矩，加强圈惯惯性矩I1用型材时可查查手册，筒体体惯性矩I2利用力学知识识计算。第三节外压压用加强圈计计算（续）③计算组合截截面形心轴位位置；④计算组合截截面实际惯性性矩Ia；C—加强圈形心位位置至圆筒壁壁厚中心线的的距离。d—加强圈形心轴轴x0-x0与组合截面形形心轴x-x之间的距离d=c-a。第三节外压压用加强圈计计算（续）第三节外压压用加强圈计计算（续）例题4-2在例题4-1中，若将筒体体的名义壁厚厚减至6mm，并设置加强强圈。加强圈圈采用热轧等等边角钢，试试计算确定所所得加强圈数数目及尺寸。。解：(1)计算加强圈数数目稳定系数m＝3，钢材设计温度度下的弹性模模量第三节外压压用加强圈计计算（续）计算加强圈的的最大间距计算加强圈数数目n（设置n个加强圈，将将筒体分为n+1段）第三节外压压用加强圈计计算（续）故n＝3（即用3个加强圈，将将筒体分成4段）加强圈的间距距(2)计算加强圈尺尺寸选用40×40××4的等边角钢查型钢规格表表得第三节外压压用加强圈计计算（续）计算系数B值计算系数A的值计算加强圈与与圆筒组合段段所需的惯性性矩第三节外压压用加强圈计计算（续）(3)计算组合截面面实际惯性矩矩圆筒有效段的的截面积圆筒有效段的的惯性矩由图4-19可知第三节外压压用加强圈计计算（续）确定组合截面面形心轴x-x的位置计算组合截面面实际惯性矩矩故原选40×40××4的等边角钢可可用因第四节外压压封头计算一、外压凸形形封头二、外压锥形形封头三、压力试验验第四节外压压封头计算（续）外压容器封头头——类型和结构与内压容器相同。在外压达到某某一临界压力力时，封头也也要失稳。外外压封头设计计主要考虑稳定定性问题。形状、材料等等初始缺陷对对封头的稳定定性有显著的的影响。成形封头的壳壳体失稳研究究在理论和实实验上比圆筒筒复杂得多。。外压封头的稳稳定性计算建建立在球形壳壳体承受均布布外压的弹性性失稳分桥基基础上，并结结合实验数据据给出半经验验的临界压力力计算公式，，但是将它们们直接用于设设计还欠成熟熟。因此设计计中仍采用一一些近似方法法。第四节外压压封头计算（续）一、外压凸形形封头1.外压球形形封头根据小挠度弹弹性稳定理论论得到的球壳壳临界压力公公式为：式中R——球壳中面的半半径，mmt——球壳的计算壁壁厚，mm对钢制球壳，，取u＝0.3，代入上式得得：第四节外压压封头计算（续）由于实际临界界压力仅为理理论临界压力力的1/4～1/6，我国的GE150—1998《钢制压力容器器》对外压球壳取取稳定系数m＝14.52。得许用压力力为：设计压力p＜[p]时、由上式得得球壳壁厚为为:第四节外压压封头计算（续）图算法第四节外压压封头计算（续）第四节外压压封头计算（续）2.椭圆形形封头外压椭圆形封封头的Ri为当量曲率半半径：Ri=K1D0，K1是椭形长短轴轴比值决定的的系数．其值值见表4—1（遇中间值用用内插法求得得）。外压稳定性计计算公式和图图算法步骤同同受外压得半半球形封头曲率半径沿经经线是变化的的，在中心处处，曲率半径径最大，按最最大曲率半径径计算则过于于保守，离开开中心线则曲曲率半径减少少，壳体刚性性增大，稳定定性提高。不同点类似半球形封封头第四节外压压封头计算（续）第四节外压压封头计算（续）3.碟形封封头外压球壳的设设计计算公式式及图算法也也适用于外压压碟形封头，，但取球面部部分的外半径径。第四节外压压封头计算（续）二、外压锥形形封头受外压的锥形形封头及锥形形简体，包括括无折边及折折边锥壳，在在数学、力学学上是一个非非常复杂的问问题，工程上上依赖于试验验结果，根据据锥壳半顶角角的大小分别别按圆筒和平平盖进行计算算，所需壁厚厚按如下方法法确定：1.半顶角角α＜600度的锥壳按当量圆筒进行计算，该该圆筒的壁厚厚，等于锥壳壳的有效壁厚厚t