压力容器设计外压薄壁圆筒的稳定性计算

压力容器设计外压薄壁圆筒的稳定性计算第1页，共24页，2023年，2月20日，星期五第四章外压容器设计第2页，共24页，2023年，2月20日，星期五外压容器真空操作容器、减压精馏塔的外壳用于加热或冷却的夹套容器的内层壳体第一节概述第一节概述一、外压容器的稳定性第3页，共24页，2023年，2月20日，星期五承受外压壳体失效形式强度不足而发生压缩屈服失效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。（讨论重点）外压容器的失效形式第一节概述第4页，共24页，2023年，2月20日，星期五失稳类型：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稳，这种失稳称为弹塑性失稳或非弹性失稳。弹塑性失稳（非弹性失稳）弹性失稳第一节概述第5页，共24页，2023年，2月20日，星期五受外压形式：pppabc讨论：受周向均匀外压薄壁回转壳体的弹性失稳问题第一节概述第6页，共24页，2023年，2月20日，星期五二、稳定性问题的基本概念临界压力是表征外压容器抗失稳能力的重要参数

——使外压容器失稳的最小外压力临界压力（pcr）第一节概述第7页，共24页，2023年，2月20日，星期五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=2n=3n=4对于给定尺寸的圆筒，波数主要决定于圆筒端部的约束条件和这些约束之间的距离。第一节概述第8页，共24页，2023年，2月20日，星期五外压圆筒的稳定条件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）圆筒的形状偏差第一节概述第9页，共24页，2023年，2月20日，星期五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基于以下假设：①圆柱壳厚度t与半径D相比是小量，位移w与厚度t相比是小量。②失稳时圆柱壳体的应力仍处于弹性范围。目的理论理想圆柱壳小挠度理论线性平衡方程和挠曲微分方程第10页，共24页，2023年，2月20日，星期五外压圆筒长圆筒—L＞Lcr，失稳波数n=2，pcr与L无关刚性筒—失效形式不是失稳，而是压缩屈服破坏短圆筒—L＜Lcr，失稳波数n＞2，pcr与L有关第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算第11页，共24页，2023年，2月20日，星期五对于钢质圆筒（μ=0.3）：

长圆筒的临界压力计算公式：适用条件：<（）临界应力（临界压力在圆筒壁中引起的周向压缩应力）：第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算第12页，共24页，2023年，2月20日，星期五（3）对于薄壁圆筒，使长圆筒失稳的压力（pcr）远远小于使长圆筒屈服的压力（ps），即失稳破坏先于强度破坏。注意（1）长圆筒临界压力与圆筒的计算长度无关（2）长圆筒抗失稳能力与E有关，而各类钢的弹性模量变化不大，因此采用高强度钢代替低强度钢，只能提高圆筒的强度，而不能显著提高其抗失稳能力。第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算第13页，共24页，2023年，2月20日，星期五适用条件：<（）短圆筒的临界压力短圆筒的临界应力第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算第14页，共24页，2023年，2月20日，星期五临界长度第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算第15页，共24页，2023年，2月20日，星期五带加强圈的圆筒带加强圈的外压圆筒第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算第16页，共24页，2023年，2月20日，星期五受均布轴向压缩载荷圆筒的临界应力轴向压缩圆筒失稳的形状（a）非对称形式；（b）对称形式（a）（b）第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算第17页，共24页，2023年，2月20日，星期五本节重点（1）失稳、临界压力、临界长度概念；（2）典型受载条件下圆筒临界压力（或应力）计算公式。第18页，共24页，2023年，2月20日，星期五本节完谢谢大家！第19页，共24页，2023年，2月20日，星期五第20页，共24页，2023年，2月20日，星期五第21页，共24页，2023年，2月20日，