外壓薄壁圓筒與封頭的強度設(shè)計

《外壓薄壁圓筒與封頭的強度設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第九章外壓薄壁圓筒與封頭的設(shè)計第一節(jié)概述第二節(jié)臨界壓力第三節(jié)外壓圓筒的工程設(shè)計第四節(jié)外壓球殼與凸形封頭的設(shè)計第五節(jié)加強圈的設(shè)計第一節(jié)概述一、外壓容器的失穩(wěn)二、容器失穩(wěn)型式的分類一、外壓容器的失穩(wěn)外壓容器：殼體外部壓力大于殼體內(nèi)部壓力的容器。應(yīng)力特點：容器受到外壓作用后，在筒壁內(nèi)將產(chǎn)生經(jīng)向和環(huán)向壓縮應(yīng)力。失效類型：強度破壞（很少發(fā)生）；失穩(wěn)破壞（主要失效形式）：外壓圓筒筒壁內(nèi)的壓縮應(yīng)力遠低于材料的屈服點時，筒壁就已經(jīng)被突然壓癟或發(fā)生褶縐，即在一瞬間失去自身原來的形狀。彈性失穩(wěn)：筒體在外壓作用下突然失去原

2、來形狀，應(yīng)力也由失穩(wěn)前的壓縮應(yīng)力為主變成以彎曲應(yīng)力為主的復(fù)雜的附加應(yīng)力。二、容器失穩(wěn)型式的分類1.側(cè)向失穩(wěn)容器由于均勻側(cè)向外壓引起的失穩(wěn)叫做側(cè)向失穩(wěn)，側(cè)向失穩(wěn)時殼體斷面由原來的圓形被壓癟而呈現(xiàn)波形。二、容器失穩(wěn)型式的分類1.側(cè)向失穩(wěn)二、容器失穩(wěn)型式的分類2.軸向失穩(wěn)3.局部失穩(wěn)薄壁圓筒在軸向外壓作用下引起的失穩(wěn)。失穩(wěn)后仍具有圓形的環(huán)截面，但是破壞了母線的直線性，母線產(chǎn)生了波形，即圓筒發(fā)生了褶縐。容器在支座或其他支承處以及在安裝運輸中由于過大的局部外壓引起的局部失穩(wěn)。第二節(jié)臨界壓力一、臨界壓力二、影響臨

3、界壓力的因素三、外壓圓筒的分類四、臨界壓力的理論計算公式五、臨界長度一、臨界壓力承受外壓的容器在外壓達臨界值之前，殼體也能發(fā)生彈性壓縮變形；壓力卸除后殼體可恢復(fù)為原來的形狀。一旦當外壓力增大到某一臨界值時，筒體的形狀發(fā)生永久變形，就失去了原來的穩(wěn)定性。導(dǎo)致筒體失穩(wěn)的壓力稱為該筒體的臨界壓力，以Pcr表示。筒體在臨界壓力作用下，筒壁內(nèi)存在的壓應(yīng)力稱為臨界壓應(yīng)力，以σcr表示。二、影響臨界壓力的因素1.筒體幾何尺寸試驗證明：影響筒體臨界壓力的幾何尺寸主要有筒體的長度L、筒體壁厚S以及筒體直徑D，并且：⑴長

4、度L一定時，S/D越大，圓筒的臨界壓力越高；⑵圓筒的S/D相同，筒體越短臨界壓力越高；⑶筒體的S/D和L/D值均相同時，存在加強圈得筒體臨界壓力高。計算長度：指兩個剛性構(gòu)件（如法蘭、端蓋、管板及加強圈等）間的距離。對與封頭相聯(lián)的筒體來說，計算長度應(yīng)計入凸形封頭1/3凸面高度。二、影響臨界壓力的因素2.筒體材料性能的影響筒體的臨界壓力與材料的強度沒有直接關(guān)系。材料的彈性模量E和泊松比μ值越大，抵抗變形的能力就越強，因而其臨界壓力也就越高?！咀⒁狻夸摬牡腅和μ值相差不大，選用高強度鋼代替一般碳鋼制造外壓容

5、器，不能提高筒體的臨界壓力。3.筒體橢圓度和材料不均勻穩(wěn)定性破壞主要原因不是殼體存在橢圓度或材料不均勻。因為即使殼體的形狀很精確和材料很均勻，當外壓力達到一定數(shù)值時也會失穩(wěn)。殼體的橢圓度與材料的不均勻性能使其臨界壓力的數(shù)值降低，即能使失穩(wěn)提前發(fā)生。載荷不對稱性，邊界條件等因素三、外壓圓筒的分類1.長圓筒圓筒的L/D0較大，兩端的邊界影響可以忽略，臨界壓力Pcr僅與Se/D0有關(guān)，而與L/D0無關(guān)（L為圓筒的計算長度）。失穩(wěn)時波形數(shù)n=2。2.短圓筒兩端的邊界影響顯著，臨界壓力Pcr不僅與Se/D0有關(guān)

6、，而且與L/D0也有關(guān)，筒失穩(wěn)時波形數(shù)n為大于2的整數(shù)。3.剛性圓筒圓筒的L/D0較小，而Se/D0較大，故剛性較好。其破壞原因是由于器壁內(nèi)的應(yīng)力超過了材料的屈服點所致，而不會發(fā)生失穩(wěn)?！L圓筒或短圓筒，要同時進行強度計算和穩(wěn)定性校驗，后者更重要。四、臨界壓力的理論計算公式1.鋼制長圓筒臨界壓力公式鋼制圓筒(μ=0.3)臨界應(yīng)力公式式中Pcr－臨界壓力，MPa；Et－設(shè)計溫度下材料的彈性模數(shù)，MPa；Se－筒體的有效壁厚，mm；D0－筒體的外直徑，mm；μ－材料的泊桑比。［注意］長圓筒的臨界壓力僅與圓

7、筒的材料和圓筒的壁厚與直徑之比Se/D0有關(guān)，而與圓筒的長徑比L/D0無關(guān)。四、臨界壓力的理論計算公式2.鋼制短圓筒臨界壓力公式［注意］短圓筒的臨界壓力除與圓筒的材料和圓筒的壁厚與直徑之比Se/D0有關(guān)，而且與L/D0也有關(guān)臨界應(yīng)力公式四、臨界壓力的理論計算公式3.剛性圓筒剛性圓筒不會失穩(wěn)破壞，只需進行強度校驗。其強度校驗公式與計算內(nèi)壓圓筒的公式一樣。強度校核許用外壓校核－材料設(shè)計溫度的許用壓應(yīng)力，可取=σs/4；五、臨界長度1.長、短圓筒的臨界長度剛性圓筒不會失穩(wěn)破壞，只需進行強度校驗。其強度校驗公

8、式與計算內(nèi)壓圓筒的公式一樣。五、臨界長度2.短、剛性圓筒的臨界長度L＞Lcr時，長圓筒；Lcr＞L＞L’cr，短圓筒；L＜L’cr，剛性圓筒。第三節(jié)外壓圓筒的工程設(shè)計一、設(shè)計準則二、外壓圓筒壁厚設(shè)計的圖算法三、外壓容器的試壓一、設(shè)計準則1.許用壓力的確定工程上在外壓力等于或接近于臨界壓力pcr時進行操作是絕不允許的，必須使許用壓力[p]比臨界壓力小m倍，即：m－穩(wěn)定安全系數(shù)，根據(jù)GBl50－98《鋼制壓力容器》規(guī)定：對圓筒、錐殼取m=3.0；球殼、橢圓形