第九章外压容器与压杆的稳定计算.ppt

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1、第九章外压容器与压杆的稳定计算1一外压容器的失稳二外压圆筒环向稳定计算三封头的稳定计算四外压圆筒加强圈的设计五压杆稳定计算简介六圆筒的轴向稳定校核2一概述1外压容器的失稳均匀外压——容器壁内产生压应力；外压在小于一定值时——保持稳定状态；外压达到一定值时，容器就失去原有稳定性突然瘪塌，变形不能恢复。——失稳第一节外压容器的失稳3压杆失稳过程中应力的变化：（1）压力小于一定值时，卸掉载荷，压杆恢复原形。（2）压力达到一定值时，压杆突然弯曲变形，变形不能恢复。（3）失稳是瞬间发生的，压应力突然变为弯曲应力。4外压容器失稳的过程失稳前，壳壁内存在

2、有压应力，外压卸掉后变形完全恢复；失稳后，壳壁内产生了以弯曲应力为主的复杂应力。失稳过程是瞬间发生的。52容器失稳型式分类（1）侧向失稳载荷——侧向外压变形：横截面由圆型突变为波形6（2）轴向失稳载荷——轴向外压失稳时经向应力由压应力突变为弯曲应力。变形：——经线变为波形7（3）局部失稳载荷：局部压力过大局部范围的壳体壁内的压应力突变为弯曲应力。8第二节外压圆筒环向稳定计算（一）临界压力概念（pcr)导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力。——筒体抵抗失稳的能力此时筒壁内存在的压应力称为临界压应力，以σcr表示。一临界压力9当外压低于临界压

3、力（p＜pcr)时,压缩变形可以恢复；当外压大于等于临界压力（p≥pcr）时，壁内压缩应力和变形发生突变，变形不能恢复10——与材料的弹性模量（E)和泊桑比(μ)有直接关系。1筒体材料性能的影响（二）影响临界压力的因素（2）临界压力的计算公式（1）筒体失稳时壁内应力远小于材料屈服点——与材料的强度没有直接关系。11序号筒径Dmm筒长Lmm有无加强圈壁厚δmm临界压力pcrmm水柱123490909090175175350350无无无有0.510.30.30.3500300120~150300结论:1)比较1和2，L/D相同时，δ/D大者pc

4、r高；2)比较2和3，δ/D相同时，L/D小者pcr高；3)比较3和4，δ/D,L/D相同时，有加强圈者pcr高.2筒体几何尺寸的影响123圆筒的椭圆度和材料不均匀性的影响筒体失稳不是因为它存在椭圆度或材料不均匀而引起的。但是，筒体存在椭圆度或材料不均匀，会使其失稳提前发生。椭圆度e=(Dmax–Dmin)/DN13二长圆筒、短圆筒1.钢制长圆筒临界压力公式：14长圆筒临界压力影响因素：与材料物理性质（E,μ）有关外，几何方面只与径厚比（δe/DO)有关，与长径比（L/DO)无关。试验结果证明：长圆筒失稳时的波数为2。152.钢制短圆筒临界

5、压力公式：16短圆筒临界压力大小的影响因素：除了与材料物理性质（E,μ）有关外，与圆筒的厚径比（δe/DO)和长径比（L/DO)均有关。试验结果证明：短圆筒失稳时的波数为大于2的整数。17知识回顾：1、临界压力、临界压应力2、影响临界压力的因素3、18三临界长度1介于长圆筒与短圆筒之间的长度称为临界长度。确定临界长度的方法：由长圆筒的临界压力等于短圆筒的临界压力。19长圆筒与短圆筒之间的临界长度为：20为了提高外压圆筒的抗失稳能力，可以缩短圆筒的长度或者在不改变圆筒长度的条件下，在筒体上焊上一至数个加强圈，将长圆筒变成能够得到封头或加强圈支

6、撑的短圆筒。2加强圈213计算长度的确定（1）有加强圈的筒体取相邻两加强圈的间距。（2）与凸形封头相连的筒体，计算长度计入封头内高度的1/3。22四外压圆筒的工程设计（一）设计准则设计时必须保证计算压力满足下式：式中m——稳定安全系数。圆筒、锥壳取3.0；球壳、椭圆形及碟形封头取15。m的大小取决于形状的准确性（加工精度）、载荷的对称性、材料的均匀性等等。23（二）外压圆筒环向稳定计算的图算法1.算图的由来思路：由已知条件（几何条件：L/Do,Do/δe以及材质，设计温度）确定许用外压力[p]，判断计算压力是否满足：几何条件稳定条件ε24（

7、1）确定ε-几何条件关系25得到如下关系式：——得到“ε~几何条件”关系26（1）若εcr或ε/cr≤εp，这说明所讨论的圆筒失稳时仍处于完全弹性状态，材料的E值可查。（2）若εcr或ε/cr>εp，说明所讨论的圆筒失稳时筒壁金属已不是纯弹性形变，σcr利用圆筒材料的σ-ε取值。结论：272829第一步：由几何参数：L/DO和Do/δe，确定筒体应变值ε。作得如下算图1：许用外压的计算：30第二步：由应变值ε，根据不同的材料及不同的设计温度，确定B值。公式为：31第三步：根据B值，确定许用外压。公式为：321假设δn，算出，定出L/DO和D

8、o/δe。根据L/DO和Do/δe，查图9-7，得到ε（A)。3根据所使用的材料，选出相应的B-A曲线，A在曲线的左边，按算出B。在曲线右边，B值从曲线中查出。圆筒稳定计算步骤：