压力容器设计-外压薄壁圆筒的稳定性计算省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

压力压力压力压力容器容器容器容器生产生产生产生产工艺工艺工艺工艺流程流程流程流程框图框图框图框图第1页第四章 外压容器设计第2页外压容器外压容器真空操作容器、减压精馏塔外壳真空操作容器、减压精馏塔外壳用于加热或冷却夹套容器内层壳体用于加热或冷却夹套容器内层壳体第一节 概述第一节第一节 概述概述一、外压容器稳定性一、外压容器稳定性第3页承受外压承受外压壳体失效壳体失效形式形式强度不足而发生压缩屈服失效强度不足而发生压缩屈服失效当外压到达一定数值时，壳体径向挠当外压到达一定数值时，壳体径向挠度随压缩应力增加急剧增大，直至容度随压缩应力增加急剧增大，直至容器压扁，这种现象称为外压容器失稳器压扁，这种现象称为外压容器失稳或屈曲。（讨论重点）或屈曲。（讨论重点）外压容器失效形式外压容器失效形式第一节 概述第4页失稳类型：失稳类型：t与与D比很小比很小薄壁回转壳薄壁回转壳，失稳时，失稳时，器壁压缩应力通常低于材料百分器壁压缩应力通常低于材料百分比极限，称为弹性失稳。比极限，称为弹性失稳。当回转壳体厚度增大时，壳体中当回转壳体厚度增大时，壳体中应力应力超出材料屈服点超出材料屈服点才发生失稳，才发生失稳，这种失稳称为弹塑性失稳或非弹这种失稳称为弹塑性失稳或非弹性失稳。性失稳。弹塑性失稳弹塑性失稳（非弹性失稳）（非弹性失稳）弹性失稳弹性失稳第一节 概述第5页受外压形式：受外压形式：pppabc讨论：受讨论：受周向周向均匀外压均匀外压薄壁薄壁回转壳体回转壳体弹性失稳弹性失稳问题问题第一节 概述第6页二、稳定性问题基本概念二、稳定性问题基本概念 临界压力是表征外压容临界压力是表征外压容器抗失稳能力主要参数器抗失稳能力主要参数 使使外外压压容容器器失失稳稳最最小小外压力外压力临界压力（临界压力（pcr）第一节 概述第7页 薄壁圆筒受侧向均布外力作用，一旦到达临薄壁圆筒受侧向均布外力作用，一旦到达临界压力时，沿周向将形成几个波。界压力时，沿周向将形成几个波。n=2n=3n=4 对于给定尺寸圆筒，波数主要决定于圆筒端对于给定尺寸圆筒，波数主要决定于圆筒端部约束条件和这些约束之间距离。部约束条件和这些约束之间距离。第一节 概述第8页外压圆筒稳定条件外压圆筒稳定条件m稳定性安全系数，圆筒稳定性安全系数，圆筒m=3影响外压圆筒临界压力主要原因影响外压圆筒临界压力主要原因（1）材料）材料E、（2）结构尺寸）结构尺寸D、t、L（3）圆筒形状偏差）圆筒形状偏差第一节 概述第9页第二节 外压薄壁圆筒稳定性计算第二节第二节 外压薄壁圆筒稳定性计算外压薄壁圆筒稳定性计算基于以下假设：基于以下假设：圆柱壳厚度圆柱壳厚度t与半径与半径D相比相比 是小量，是小量，位移位移w与厚度与厚度t相相 比是小量。比是小量。失稳时圆柱壳体应力仍失稳时圆柱壳体应力仍 处于处于弹性范围弹性范围。目理论理论理想圆柱壳小挠度理论理想圆柱壳小挠度理论线性平衡方程线性平衡方程和挠曲微分方程和挠曲微分方程第10页外压圆筒外压圆筒长圆筒长圆筒LLcr，失稳波数，失稳波数n=2，pcr与与L无关无关刚性筒刚性筒失效形式不是失稳，而是压失效形式不是失稳，而是压缩屈服破坏缩屈服破坏短圆筒短圆筒LLcr，失稳波数，失稳波数n2，pcr与与L相关相关第二节 外压薄壁圆筒稳定性计算第11页对于钢质圆筒（对于钢质圆筒（=0.3）：）：长圆筒临界压力计算公式：长圆筒临界压力计算公式：适用条件：适用条件：（）临界应力（临界压力在圆筒壁中引发周向压缩应力）：临界应力（临界压力在圆筒壁中引发周向压缩应力）：第二节 外压薄壁圆筒稳定性计算第12页（3）对对于于薄薄壁壁圆圆筒筒，使使长长圆圆筒筒失失稳稳压压力力（pcr）远远远远小小于于使使长长圆圆筒筒屈屈服服压压力力（ps），即即失失稳稳破破坏坏先先于于强强度破坏。度破坏。注意注意（1）长圆筒临界压力与圆筒计算长度无关）长圆筒临界压力与圆筒计算长度无关（2）长圆筒抗失稳能力与）长圆筒抗失稳能力与E相关，而各类钢弹性模量改相关，而各类钢弹性模量改变不大，所以采取高强度钢代替低强度钢，只能变不大，所以采取高强度钢代替低强度钢，只能提升圆筒强度，而不能显著提升其抗失稳能力。提升圆筒强度，而不能显著提升其抗失稳能力。第二节 外压薄壁圆筒稳定性计算第13页适用条件：适用条件：（）短圆筒临界压力短圆筒临界压力短圆筒临界应力短圆筒临界应力第二节 外压薄壁圆筒稳定性计算第14页第二节 外压薄壁圆筒稳定性计算第15页带加强圈圆筒带加强圈圆筒带加强圈外压圆筒带加强圈外压圆筒第二节 外压薄壁圆筒稳定性计算第16页受均布轴向压缩载荷受均布轴向压缩载荷圆筒临界应力圆筒临界应力轴向压缩圆筒失稳形状轴向压缩圆筒失稳形状（a）非对称形式；（b）对称形式（a）（b）第二节 外压薄壁圆筒稳定性计算第17页本节重点v（1）失稳、临界压力、临界长度概念；v（2）经典受载条件下圆筒临界压力（或应力）计算公式。第18页第19页第20页第21页减压操作设备减压操作设备第22页带夹套搅拌釜带夹套搅拌釜第23页容器韧性断裂外观第24页