化工设备机械基础第5章外压圆筒与封头的设计.ppt

第5章 外压圆筒与封头的设计
第一节、外压圆筒的临界压力
第二节、外压圆筒的工程设计
第三节、外压球壳与凸形封头的工程设计
第四节、外压圆筒加强圈的设计
第一页，编辑于星期六：十八点 四十一分。
第一节、外压圆筒的临界压力
1. 压杆稳定问题
稳定是就平衡而言的，平衡分为两种：稳定平衡与不稳定平衡。
正是由于平衡有两种，所以在设计构件时，不但要满足强度条件与刚度条件，还要考虑其平衡是否稳定，因为稳定也是保持构件安全正常工作的条件。
第二页，编辑于星期六：十八点 四十一分。
拉杆只会因为强度不够而破坏，不会因为它维持不了直线形状下的平衡而失去工作能力；
对于压杆，情况则不同：
当P<Pcr时，在撤去横向力后，压杆恢复到原来的直线形状，这是压杆平衡是稳定的；
当P≧Pcr时，在撤去横向力后，压杆不能恢复到原来的直线形状，这就说明压杆能在直线形状下维持稳定平衡是有条件的。
第三页，编辑于星期六：十八点 四十一分。
外压圆筒的压缩应力还在远远低于材料的屈服点时，筒壁就已经突然被压瘪或发生褶皱，即在某一瞬间失去原来的形状，这种在外压作用下，突然发生的圆筒失去原形，即突然失去原来的稳定性的现象称为弹性失稳；
弹性失稳是从一种平衡态跃变为另一种平衡状态，实际上是容器筒壁内的应力状态由单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡。
2. 外压容器的失稳现象
第四页，编辑于星期六：十八点 四十一分。
侧向失稳：容器由于均匀侧向外压引起的失稳；
3. 容器失稳的分类
轴向失稳：容器由于轴向外压引起的失稳；
局部失稳：由于局部外压所引起的失稳。
第五页，编辑于星期六：十八点 四十一分。
导致圆筒失稳的外界压力称为临界压力；此时相对应的压应力称为临界压应力，用σcr表示 。
容器在临界压力的载荷作用下产生失稳是它固有的性质，不是由于圆筒不圆或是材料不均或其它原因所导致。每一具体的外压圆筒结构，都客观上对应着一个固有的临界压力值。
4. 临界压力
第六页，编辑于星期六：十八点 四十一分。
影响临界压力的因素
(1). 筒体的几何尺寸
第七页，编辑于星期六：十八点 四十一分。
计算长度：两相邻加强圈的间距，对于封头相连的那段筒体，计算长度应计入凸形封头高度的三分之一。
第八页，编辑于星期六：十八点 四十一分。
临界压力与材料的屈服点没有直接关系，主要取决于材料的弹性模量与泊桑比，弹性模量与泊桑比越大，其临界压力也就越高；
但由于各种钢材的弹性模量与泊桑比相差不大，因此选用高强度钢代替一般碳钢制造外压容器，并不能有效提高圆筒的临界压力。
(2). 筒体材料
(3). 筒体椭圆度和材料的不均匀性
第九页，编辑于星期六：十八点 四十一分。
当筒体足够长，两端刚性较高的封头对筒体中部的变形不能起到有效支撑作用时，这类圆筒最容易失稳压瘪，出现波纹数n=2的扁圆形。这种圆筒称为长圆筒。
5. 外压圆筒的分类
长圆筒
对于钢制圆筒，μ=
第十页，编辑于星期六：十八点 四十一分。