外壓圓筒與封頭的設(shè)計.ppt

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1、第五章外壓圓筒與封頭的設(shè)計5.1概述5.2臨界壓力5.3外壓圓筒的工程設(shè)計5.5外壓圓筒加強(qiáng)圈的設(shè)計5.4外壓球殼與凸形封頭的設(shè)計2021/8/9第五章外壓圓筒與封頭的設(shè)計本章重點(diǎn)：臨界壓力及外壓圓筒的工程設(shè)計方法本章難點(diǎn)：臨界壓力計劃學(xué)時：6學(xué)時2021/8/95.1概述5.1.1外壓容器的失穩(wěn)1、外壓容器的定義殼體外部壓力大于殼體內(nèi)部壓力的容器均稱為外壓容器。2、外壓薄壁容器的受力對于薄壁殼體來講，內(nèi)壓薄壁圓筒受的是拉應(yīng)力，即σm=pD/4S，σθ=pD/2S。而外壓薄壁圓筒所受的是壓應(yīng)力，這種壓縮應(yīng)力的數(shù)值與內(nèi)壓容器相同，只是改變了應(yīng)力的方向，然而

2、，正是由于方向的改變，使得外壓容器失效形式與內(nèi)壓不同。2021/8/95.1概述外壓容器很少因為強(qiáng)度不足發(fā)生破壞，常常是因為剛度不足而發(fā)生失穩(wěn)。下面我們來看看失穩(wěn)的定義。3、失穩(wěn)及其實質(zhì)失穩(wěn)：承受外壓載荷的殼體，當(dāng)外壓載荷增大到某一數(shù)值時，殼體會突然失去原來的形狀，被壓扁或出現(xiàn)波紋，載荷卸除后，殼體不能恢復(fù)原狀，這種現(xiàn)象稱為外壓殼體的失穩(wěn)（Instability）。5.1.2容器失穩(wěn)型式的分類1、按受力方向分為側(cè)向失穩(wěn)與軸向失穩(wěn)2021/8/95.1概述容器由均勻側(cè)向外壓引起的失穩(wěn)，叫側(cè)向失穩(wěn)，特點(diǎn)是失穩(wěn)時，殼體橫斷面由原來的圓形變?yōu)椴ㄐ?，波?shù)可以是兩個

3、、三個、四個……，如圖所示2、按壓應(yīng)力作用范圍分為整體失穩(wěn)與局部失穩(wěn)2021/8/95.2臨界壓力5.2.1臨界壓力的概念臨界壓力：導(dǎo)致筒體失穩(wěn)的壓力。以pcr表示。5.2.2影響臨界壓力的因素1、筒體幾何尺寸的影響主要考慮筒體的L/D和S/D。2、筒體材料性能的影響圓筒失穩(wěn)時，在絕大多數(shù)情況下，筒壁內(nèi)的壓應(yīng)力并沒有達(dá)到材料的屈服點(diǎn)（是彈性失穩(wěn)）。故這種情況失穩(wěn)與材料的屈服點(diǎn)無關(guān)，只與材料的彈性模數(shù)E和泊松比μ有關(guān)。材料的彈性模數(shù)E和泊松比μ越大，其抵抗變形的能力就越強(qiáng)，因而其臨界壓力也就越高。2021/8/95.2臨界壓力但是，由于各種鋼材的E和μ值相

4、差不大，所以選用高強(qiáng)度鋼代替一般碳素鋼制造并不能提高筒體的臨界壓力。3、筒體橢圓度和材料不均勻性的影響（1）、穩(wěn)定性的破壞并不是由于殼體存在橢圓度或材料不均勻而引起的。無論殼體的形狀多么精確，材料多么均勻，當(dāng)外壓力達(dá)到一定數(shù)值時也會失穩(wěn)。（2）、但是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，使失穩(wěn)提前發(fā)生。2021/8/95.2臨界壓力5.2.3長圓筒、短圓筒、鋼性圓筒的定性描述相對幾何尺寸兩端邊界影響臨界壓力失穩(wěn)波形數(shù)長圓筒L/D0較大忽略只與Se/D0有關(guān)，與L/D0無關(guān)2短圓筒L/D0較小顯著與Se/D0有關(guān)，與L/D0有關(guān)大于2的整數(shù)

5、剛性圓筒L/D0較小Se/D0較大不失穩(wěn)2021/8/95.2臨界壓力5.2.4臨界壓力的理論計算公式1、長圓筒2、短圓筒3、剛性圓筒剛性圓筒不存在彈性失穩(wěn)而破壞的問題，只需校核其強(qiáng)度是否足夠。其強(qiáng)度校核公式與計算內(nèi)壓圓筒的公式一樣，只是式中的許用應(yīng)力采用材料的壓縮許用應(yīng)力。2021/8/95.2臨界壓力2021/8/95.2臨界壓力2021/8/95.2臨界壓力5.2.5臨界長度和長圓筒、短圓筒、鋼性圓筒的定量描述1、臨界長度定義劃分長、短和剛性圓筒之間的一個長度標(biāo)準(zhǔn)。2、Lcr和Lcr/當(dāng)圓筒處于臨界長度Lcr時，用長圓筒公式計算所得的臨界壓力值pc

6、r和用短圓筒公式計算的臨界壓力值pcr/應(yīng)相等，即2021/8/95.2臨界壓力同理，當(dāng)圓筒處于臨界長度Lcr/時，用短圓筒公式計算所得的臨界壓力值pcr/和用剛性圓筒公式計算的最大允許工作壓力值[pw]應(yīng)相等，即此時求出的L即為Ler/。3、長圓筒、短圓筒和剛性圓筒的定量描述若某圓筒的計算長度為L，則：L＞Lcr，屬于長圓筒；Ler/＜L＜Lcr，屬于短圓筒；L＜Lcr/，屬于剛性圓筒。2021/8/95.3外壓圓筒的工程設(shè)計5.3.1設(shè)計準(zhǔn)則1、許用外壓力[p]和穩(wěn)定安全系數(shù)m[p]—許用外壓力，Mpam—穩(wěn)定安全系數(shù)。對圓筒、錐殼=3；球殼、橢圓形

7、和碟形封頭=15。2、設(shè)計準(zhǔn)則計算壓力pc≤[p]=pcr/m，并接近[p]。2021/8/95.3外壓圓筒的工程設(shè)計5.3.2外壓圓筒壁厚設(shè)計的圖算法1、算圖的由來2、外壓圓筒和管子厚度的圖算法1）對Do/Se≥20的圓筒和管子2）對Do/Se＜20的圓筒和管子5.3.3外壓圓筒的試壓外壓容器和真空容器以內(nèi)壓進(jìn)行壓力試驗。試驗壓力為：液壓試驗pT=1.25p氣壓試驗pT=1.15p式中P—設(shè)計壓力，Mpa；PT—試驗壓力，Mpa。2021/8/95.3外壓圓筒的工程設(shè)計2021/8/95.4外壓球殼與凸形封頭的設(shè)計5.4.1外壓球殼和球形封頭的設(shè)計受外

8、壓的球殼和球形封頭所需的厚度，按下列步驟確定：（1）假設(shè)Sn，令Se＝Sn－C，