外压圆筒与封头的设计

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1、第五章外压圆筒与封头的设计本章重点： 失稳和临界压力的概念；影响临界压力的因素；外压容器的图算法设计。本章难点： 图算法的原理。建议学时： 4 学时首先复习我们前面曾经讲过的压力容器的分类，内压和外压，已在第四章介绍了内压的强度设计，今天开始学习外压容器的设计。第一节概述一、外压容器的失稳1、外压容器的定义壳体外部压力大于内部压力的容器。例图搅拌反应釜。2、外压薄壁容器的受力对于薄壁壳体来讲，内压薄壁圆筒受的是拉应力，即m =PD ，4=PD 2。而外压薄壁圆筒所受的是压应力，这种压缩应力的数值与内压容器相同，只是改变了应力的方向，然而，正是由于方向的改变，使得外压容器失效形式与内压不同。外压

2、容器很少因为强度不足发生破坏，常常是因为刚度不足而发生失稳。下面我们来看看失稳的定义。3、失稳及其实质失稳：承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一数值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸除后，壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳体的失稳（ Instability ）二、容器失稳型式的分类1、 按受力方向分为侧向失稳与轴向失稳（容器由均匀侧向外压引起的失稳，叫侧向失稳， 特点是失稳时， 壳体横断面由原来的圆形变为波形，波数可以是两个、三个、四个 ，如图所示）2、 按压应力作用范围分为整体失稳与局部失稳第二节临界压力一、临界压力的概念壳体失稳时所承受的相应压力。壳体在临界压力作

3、用下，壳体内存在的压应力称为临界压应力。二、影响临界压力的因素（一）筒体几何尺寸的影响（二）筒体材料性能的影响圆筒失稳时，在绝大多数情况下，筒壁内的压应力并没有达到材料的屈服点。（是弹性失稳）故这种情况失稳与材料的屈服点无关，只与材料的弹性模数E 和泊松比 有关。材料的弹性模数E 和泊松比 越大，其抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力也就越高。但是，由于各种钢材的E 和 值相差不大，所以选用高强度钢代替一般碳素钢制造外压容器，并不能提高筒体的临界压力。（三）筒体椭圆度和材料不均匀性的影响1、稳定性的破坏并不是由于壳体存在椭圆度或材料不均匀而引起的。无论壳体的形状多么精确，材料多么均匀，当外压力

4、达到一定数值时也会失稳。2、但是壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，使失稳提前发生。三、长圆筒、短圆筒、钢性圆筒的定性描述相对几何尺寸两端边界影响临界压力失稳波形数长圆筒L/D 0 较大忽略只与 Se/D0 有关，2与 L/D0无关短圆筒L/D 0 较小显著与 Se/D 0 有关，与大于 2 的整数L/D 0 有关刚性圆筒L/D 0 较小 Se/D 0不失稳较大四、临界压力的理论计算公式（一）长圆筒2应变：crt =1.1SeED0（二）短圆筒Se / D0应变1.31.5L/D0（三）刚性圆筒五、临界长度和长圆筒、短圆筒、钢性圆筒的定量描述（一）临界长度定义（二）Lcr 和

5、 Lcr当圆筒处于临界长度Lcr 时，用长圆筒公式计算所得的临界压力pcr 值和用短圆筒公式计算的临界压力pcr 值应相等，即同理，当圆筒处于临界长度Lcr 时，用短圆筒公式计算所得的临界压力pcr 值和用刚性圆筒公式计算的最大允许工作压力pw值应相等，即2 .5Sett D o2Se2.59E压LDISeD o此时求出的L 即为 Lcr（三）长圆筒、短圆筒和刚性圆筒的定量描述若某圆筒的计算长度为L ，则：L Lcr属长圆筒L属短圆筒Lcr LcrL Lcr属刚性圆筒第三节外压圆筒的工程设计一、设计准则（一）许用外压力p和稳定安全系数mpcrp =mp许用外压力，Mpam 稳定安全系数。对圆筒

6、、锥壳m =3 ；球壳、椭圆形和碟形封头m =15（二）设计准则计算压力 pcp=pcrm ，并接近 p二、 外压圆筒壁厚设计的图算法1、算图的由来2、外压圆筒和管子厚度的图算法三、外压圆筒的试压外压容器和真空容器以内压进行压力试验。试验压力为：液压试验pT =1.25p气压试验pT =1.15p式中p 设计压力，MPa；pT试验压力，MPa；例题一、二、第四节外压球壳与凸形封头的设计外压球壳和球形封头的设计凸面受压封头的设计第五节加强圈的设计一、加强圈的作用与结构缩短圆筒的计算长度 ,增加圆筒的刚性，从而提高临界压力工字钢，角钢，扁钢二、加强圈间距课堂作业第二大题，第三大题二、课外作业第四题 A组1,B组1题