外压圆筒与封头的设计市公开课一等奖省赛课微课金奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2014/3/23,#,2025/1/30 周四,第五章 外压圆筒与封头设计,5.1,概述,5.2,临界压力,5.3,外压圆筒工程设计,5.5,外压圆筒加强圈设计,5.4,外压球壳与凸形封头设计,第1页,2025/1/30 周四,5.1.1,外压容器失稳,1.,外压容器：,壳体外部压力大于壳体内部压力容器,实例：,减压精馏塔、真空冷凝器、夹套反应釜等,5.1,概述,第2页,2025/1/30 周四,2,、外压薄壁容器,受力形式,：,内压薄壁圆筒：拉应力，,即,m,=PD/4,，,=PD/2,。,外压薄壁圆筒：压应力，,失效形式,：,内压容器：强度破坏；,外压,容器：极少,因为强度不足发生破坏，经常是因为刚度不足而发生失稳。,第3页,2025/1/30 周四,3,、失稳及其实质,失稳：,承受外压载荷壳体，当外压载荷增大到某一数值时，壳体会突然失去原来形状，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失稳。,第4页,2025/1/30 周四,5.1.2,容器失稳型式,分类,1,、,侧向失稳,容器由均匀侧向外压引发失稳，叫,侧向失稳,，特点是失稳时，壳体横断面由原来圆形变为波形，波数能够是两个、三个、四个,，如图所表示,第5页,2025/1/30 周四,2,、轴向失稳,容器承受轴向外压，失稳后，依然 含有圆形横截面，母线产生了波形。,第6页,2025/1/30 周四,5.2,临界压力,5.2.1,临界压力,概念,临界压力,：造成筒体失稳最小压力。,以,P,cr,表示,。,5.2.2,影响临界压力原因,1,、筒体几何尺寸影响,主要考虑筒体,L/D,和,/D,。,第7页,2025/1/30 周四,表,5-1,外压圆筒稳定性试验,试验序号,筒径,/mm,筒长,/mm,筒体中间有没有加强圈,壁厚,/mm,失稳时真空度/mm水柱,失稳时波形数/个,90,175,无,0.51,500,4,90,175,无,0.3,300,4,90,350,无,0.3,120,150,3,90,350,1,个,0.3,300,4,比较和，,L/D,相同时，,/D,越大，临界压力越高；,比较和，,/D,相同时，,L/D,越小，临界压力越高；,比较和，,/D,，,L/D,相同时，有加强圈，临界压力高。,第8页,2025/1/30 周四,分析,：,（,1,）侧向失稳，圆筒环向纤维受弯，所以,L/D,相同时，,/D,越大，筒壁抵抗变形能力越强，临界压力越高；,（,2,）封头刚性较筒体刚性强，所以,/D,相同时，,L/D,越小，临界压力越高；,（,3,）加强圈对圆筒能够起到支撑作用，所以,/D,，,L/D,相同时，有加强圈，临界压力高。,计算长度,：指两相邻刚性支撑件（加强圈、封头、法兰等）间距。,封头计算长度,为凸形封头,1/3,凸面高度。,第9页,2025/1/30 周四,5.2,临界压力,2,、筒体材料性能影响,圆筒失稳时，在绝大多数情况下，筒壁内压应力并没有到达材料屈服点（即弹性失稳）。故这种情况失稳与材料屈服点无关，只与材料,弹性模数,E,和,泊松比,相关。材料弹性模数,E,和泊松比,越大，其抵抗变形能力就越强，因而其临界压力也就越高。,不过，因为各种钢材,E,和,值相差不大，所以 选取高强度钢代替普通碳素钢制造并不能提升筒体临界压力。,第10页,2025/1/30 周四,5.2,临界压力,3,、筒体椭圆度和材料不均匀性影响,（,1,）稳定性破坏并不是因为壳体存在椭圆度或材料不均匀而引发。不论壳体形状多么准确，材料多么均匀，当外压力到达一定数值时也会失稳。,（,2,）不过壳体椭圆度与材料不均匀性能使其临界压力数值降低，使失稳提前发生。,椭圆度：,e=,（,D,max,-D,min,）,/DN,，此处,D,max,及,D,min,分别为筒体同一横截面上最大及最小内直径，,DN,为圆筒公称直径。,第11页,2025/1/30 周四,5.2,临界压力,5.2.3,长圆筒、短圆筒、钢性圆筒,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e/D0相关，与L/D0无关,2,短圆筒,L/D,0,较小,显著,与e/D0相关，与L/D0相关,大于2整数,刚性圆筒,L/D,0,较小,e,/D,0,较大,不失稳,第12页,2025/1/30 周四,5.2,临界压力,长圆筒,临界压力与长度无关，仅与圆筒厚与直径比值相关。,1.,长圆筒临界压力,：,2.,短圆筒临界压力：,e,：筒体有效壁厚，,mm,；,D,0,：筒体外直径，,mm,；,L,：筒体计算长度，,mm,。,短圆筒,临界压力随筒体计算长度增加而减小。,第13页,2025/1/30 周四,3,、刚性圆筒,刚性圆筒不存在弹性失稳而破坏问题，只需校核其强度是否足够。其强度校核公式与计算内压圆筒公式一样，只是式中许用应力采取材料压缩许用应力。,第14页,2025/1/30 周四,5.2,临界压力,5.2.5,临界长度,1,、临界长度,划分长、短和刚性圆筒之间一个长度标准。,外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可依据,临界长度,L,cr,来判定。,2,、,L,cr,和,L,cr,/,当圆筒处于临界长度,L,cr,时，用长圆筒公式计算所得临界压力,值,P,cr,和用短圆筒公式计算临界压力,值,P,cr,/,应相等，即,第15页,2025/1/30 周四,5.2,临界压力,计算长度,L,L,cr,时，圆筒为长圆筒,计算长度,L,L,cr,时，圆筒为短圆筒,同理，当圆筒处于临界长度,Lcr,时，用短圆筒公式计算所得临界压力值,Lcr,和用刚性圆筒公式计算最大允许工作压力值,P,w,应相等，此时求出,L,即为,Lcr,。,3,、长圆筒、短圆筒和刚性圆筒定量描述,若某圆筒计算长度为,L,，则：,L,Lcr,，,属于长圆筒；,Lcr,L,Lcr,，,属于,短圆筒；,L,Lcr,，,属于,刚性圆筒。,第16页,2025/1/30 周四,外压筒体计算长度,L,：,指筒体上两个刚性构件如封头、法兰、加强圈之间最大距离。,对于凸形端盖：,L=,圆筒长封头直边段,n1/3,端盖,深度（,n=1,或,2,）,对于法兰：,L=,两法兰面之间距离,对于加强圈：,L=,加强圈中心线之间距离,第17页,