外压圆筒的计算及数值计算稳定性分析.pdf

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1、外压圆筒的计算及数值计算稳定性分析李金科。张贤福，刘韫砚(天华化工机械及自动化研究设计院，江苏南京210012)摘要：通过比较各标准中外压圆筒的计算，并用ANSYS软件屈曲和弹塑性分析，结果表明GB150—1998外压厚壁圆筒的计算方法是偏保守的。关键词：外压；圆筒；安全系数；数值计算中国分类号：TQo513；TQo50．2文献标识码：A文章编号：1001—4837(2011)07—0035—05doi：lO．3969／j．issn．1001—4837．2011．07．007CalculationofCylindricalShellsunderExternalPressure

2、andNumericalComputationofStabilityAnalysisLIJin—ke，ZHANGXian—fu，LIUYun—yan(TianhuaInstituteofCtemicalMachinery&Automation，Nanjing210012，China)Abstract：Bycomparingthecalculztionofcylindricalshellsunderexternalpressureofseveralstandards，anddoingthebucklingandelastic—plasticanalysesusingtheANS

3、YSsoftware，theresultsshowthatthecalculationmethodofthick—wallecicylindricalshellsunderexternalpressureofGB150一l998wascom—parativelyconservative．Keywords：externalpressure；cylindricalshells；safetyfactor；numericalcomputation——圆筒或换热管外半径，mm．s——安全系数，取1．5符号说明：u——不圆度：——设计温度下材料的屈服点，MPaD——圆筒或换热管外径[]‘

4、——设计温度下许用应力，MPaD——圆筒或换热管内径6。——圆筒或换热管的有效厚度，mmE——弹性模量，MPa"——泊松比，取0～L——计算筒体长度，mmB——系数0引言m——稳定性安全系数，取3．0——圆筒失稳时波数为了满足各种工艺或功能要求，经常会设计n——安全系数，取2．4P一设计压力，MPa制造一些承受外压的壳体，如套管式换热器的内——管、潜水容器等，它们在承受均布外压作用时，壳，圆筒在外压作用下的临界压力，MPa[P]——许用外压力，MPa壁中产生压缩薄膜应力，其大小与受相等内压时R——圆筒或换热管平均半径，mm的拉伸薄膜应力相同。但此时壳体可能有两种失35CPVT

5、外压圆筒的计算及数值计算稳定性分析Vo128．N072011效形式：一种是因刚度不足，发生失稳破坏；另一=(一0·o625)B(4)种是因强度不足，发生压缩屈服失效。业界普遍的共识是：对于薄壁圆筒，周向失稳总是发生在强式(3)即为外压厚壁圆筒的压缩应力公式，度失效之前，所以弹性稳定性计算是其所要考虑它是为了保证圆筒的强度；式(4)为GB150—的首要问题；对于厚壁圆筒，因壁较厚已无稳定失1998的公式，它是假设安全系数在D。俗在4～20效问题，主要考虑的是因屈服引起的失效。具体之问线性变化而推出，具体推导过程见文献[6]。当然GB150-1998和ASMEV]II一1计算公的

6、外压薄壁和厚壁圆筒的壁厚界限是以式在形式上稍有不同，这主要由两点引起：D。=10为界还是以D。：20为界，文献[1](1)在弹性失稳时，查出B后，GB150-1998与GB150-1998标准释义进行了相关讨论。许用外压[p]!，而ASME标准中许用外压本文从工程应用角度，将GB150一l998，ASMEⅧ一1，ASMEⅧ一2(2007)，EN13445—3(2009)，[p]，这是因为ASME标准安全系数mAD2000和前苏联的rOCT14249中有关外压圆筒(仅承受横向外压)的计算进行对比分析，并利用在1977年由原来的4．0调整为3．0后，其所使用ANSYS软件进行非线

7、性屈曲分析和弹塑性分析，的材料特性图仍按原来m=4．0绘制而没有作相以证明GB150-1998和ASMEⅧ一1中外压厚应改变，所以ASME标准中的材料特性图所得的壁圆筒的计算方法偏于保守，建议在下次标准修值比GB150的值小，相应计算其许用外压时订时进行改进。需乘以4／3。(2)在塑性失稳时，因薄壁圆筒和厚壁圆筒1各标准计算方法介绍分界点的差异，ASME是假定安全系数在D。在2～10之间线性变化，而GB15O一1998则是假1．1GB150和ASMEⅧ一1定其在4～20之间线性变化，所以ASME标准中与