按承压方式对压力容器分类

圆筒外部或内部两相邻刚性构件之间的最大距离 圆筒外部或内部两相邻刚性构件之间的最大距离 最大
举例
18
对于凸形端盖
1 1 L＝圆筒长＋封头直边段＋ 3 端盖 深度 3 端盖 深度 端盖1深度 深度+ 端盖2深度 ＝圆筒长＋封头直边段＋
对于筒体上有加强圈的
圆筒外部或内部两相邻刚性构件之间的最大距离 圆筒外部或内部两相邻刚性构件之间的最大距离 最大
13
3、筒体椭圆度和材料不均匀性的影响 、 稳定性的破坏并不是由于壳体存在椭圆度 或材料不均匀而引起的。 或材料不均匀而引起的。无论壳体的形状 多么精确，材料多么均匀， 多么精确，材料多么均匀，当外压力达到 一定数值时也会失稳。 一定数值时也会失稳。
壳体的椭圆度与材料的不均匀性， 壳体的椭圆度与材料的不均匀性，能使其 临界压力的数值降低，使失稳提前发生。 临界压力的数值降低，使失稳提前发生。
′
长圆筒临界压力公式
δe pcr = 2.2 E D 0
t 3
Lcr = 1.17 Do
pcr
Do
(δ e / D0 ) 2.5 ′ = 2.59 E t
L / D0
δe
23
短圆筒临界压力公式
pcr
(δ e / D0 ) 2.5 ′ = 2.59 E t
L / D0
Lcr
t 2δ e [σ ]压 φ [ pw ] = ( Di + δ e )
L cr 和 L cr ′
1)定义 容器在外压作用下，与临界压力相对应 定义: 容器在外压作用下， 定义 的长度， 的长度，称为临界长度 。 2)作用 用临界长度和作为长、短圆筒和刚性 作用: 用临界长度和作为长、 作用 圆筒的区分界限。 圆筒的区分界限。
L cr
′
L cr
刚性圆筒
短圆筒
长圆筒
22
3)求解 L cr 和 L cr 求解: 求解
(5-9)
令
δe
D 0
(5-10)
31
由于
2 2 t t B= Eε = Eε m 3
若以ε为横坐标， 为纵坐标 为纵坐标， 即图中A)关系用曲 若以ε为横坐标，B为纵坐标，将B与ε(即图中 关系用曲 与 即图中 线表示出来，我们就得到了如图5—7所示的曲线。利用这组 所示的曲线。 线表示出来，我们就得到了如图 所示的曲线 曲线可以方便而迅速地从ε找到与之相对应的系数B， 曲线可以方便而迅速地从ε找到与之相对应的系数 ，并进而 式求出[p]。 用(5－10)式求出 。 － 式求出 B
2、外压薄壁容器的受力 、
薄壁圆筒
经向薄膜应力
周向薄膜应力
pD σm = 4δ
pD σθ = 2δ
δ—计算厚度，mm；D—筒体中间面直径，mm。 计算厚度， 筒体中间面直径， 计算厚度 ； 筒体中间面直径 。
压应力
5
3、失稳及其实质 、 承受外压载荷的壳体， 承受外压载荷的壳体，当外 压载荷增大到某一值时， 压载荷增大到某一值时，壳 体会突然失去原来的形状， 体会突然失去原来的形状， 被压扁或出现波纹， 被压扁或出现波纹，载荷卸 去后，壳体不能恢复原状， 去后，壳体不能恢复原状， 这种现象称为外压壳体的失稳。 这种现象称为外压壳体的失稳。 失稳
(δ e / D0 )1.5 ε ′ = 1.3
L / D0
应变与材料无关,只与筒体几何尺寸有关 应变与材料无关 只与筒体几何尺寸有关
20
3、刚性圆筒 、
σ
t 压
pc ( Di + δ e ) t = ≤ [σ ]压 φ 2δ e
t 2δ e [σ ]压 φ [ pw ] = ( Di + δ e )
举例
2000 图5-5 外圆筒的计算长度
2000
19
推论： 推论：从短圆筒临界压力公式可得 相应的临界应力与临界应变公式 临界压力 临界应力 应变
pcr
(δ e / D0 ) 2.5 ′ = 2.59 E t
L / D0
′ (δ e / D0 )1.5 pcr Do ′ σ cr = = 1.3 E t 2δ e L / D0
14
长圆筒、短圆筒、 三、 长圆筒、短圆筒、刚性圆筒的定性描述 相对几 何尺寸 长圆筒 L/D0较大 两端 边界 影响 忽略 临界压力 失稳时 波形数 2
与δ e / D0 有关 与L / D0 无关
与δ e / D0 有关 大于 大于2 L / D0 较小 显著 短圆筒 与L / D0 有关 的整数
′
刚性圆筒最高 工作压力公式
24
4)结论 结论
L cr ′
L cr
刚性圆筒
短圆筒
长圆筒
若某圆筒的计算长度为 L ＞ Lcr ′ Lcr ＜ L ＜ Lcr ′ L ＜ Lcr
L ，则： 则
属长圆筒 属短圆筒 属刚性圆筒
25
第三节 一、设计准则
外压圆筒的工程设计
1、许用外压力[P]和稳定安全系数 、许用外压力 和稳定安全系数 和稳定安全系数m

σ ] t压 材料在设计温度下的许 用压应力 , MPa , 可取 σst / 4 [
Di 筒体的内直径 , mm ;
φ 焊接接头系数 , 在计算压应力时可取 φ = 1; δ e 筒体的有效壁厚 , mm ; pc 计算外压力 , MPa
21
五、 临界长度和长圆筒、短圆筒、刚性圆筒的定量描述 临界长度和长圆筒、短圆筒、 1、临界长度 、
12
2、筒体材料性能的影响 、
材料的弹性模数E和泊桑比 越大 材料的弹性模数 和泊桑比越大，其 和泊桑比 越大， 抵抗变形的能力就越强， 抵抗变形的能力就越强，因而其临界 压力也就越高。 压力也就越高。 但是，由于各种钢材的 和 值相差不 但是，由于各种钢材的E和值相差不 大，所以选用高强度钢代替一般碳素 钢制造外压容器， 不能提高筒体的 钢制造外压容器，并不能提高筒体的 临界压力
A
图5-7 外压圆筒的许用应力与应变的关系
32
系数A=εcr 系数 图5-8 外压圆筒、管子和球壳厚度计算图 ( 屈服点σs ＞207MPa 的碳素钢和0Cr13 、1Cr13钢) 33
图5-9
系数A=εcr 系数 (16MnR，15CrMo钢) 外压圆筒、管子和球壳厚度计算图 34
（二）外压圆筒和管子厚度的图算法
ε
= f(
D 0
δe
L , ) D 0
（1）几何参数计算图：L/Do—Do/δe—A 关系曲线 ）几何参数计算图： 作为横坐标， 作为纵坐标， 令 A=ε ， 以A作为横坐标，L/Do作为纵坐标， 作为横坐标 Do/δe作为参量绘成曲线；见图 作为参量绘成曲线；见图5-6 参量绘成曲线 L/Do
Do/δe
局部失稳
10
第二节 临界压力 一、临界压力的概念
临界压力 Pcr
壳体失稳时所承受的相应压力，称为临界压力。 壳体失稳时所承受的相应压力，称为临界压力。
临界压应力 σ cr
壳体在临界压力作用下， 壳体在临界压力作用下，壳体内存在的压应 力称为临界压应力。 力称为临界压应力。
11
二、影响临界压力的因素 1、筒体几何尺寸的影响 、
2
δe ε = 1.1 D o
2
应变与材料无关,只与筒体几何尺寸有关 应变与材料无关 只与筒体几何尺寸有关
17
2、钢制短圆筒 、
pcr
(δ e / D0 ) 2.5 ′ = 2.59 E t
L / D0
′ pcr 与材料 、 δ e / D0 有关
与L / D0
有关
L 筒体的计算长度 , mm ;
图5-2 失稳后的情况
6
7
二、容器失稳型式的分类 1、按受力方向分为侧向失稳与轴向失稳 、
侧向失稳
p
容器由均匀侧向外压 引起的失稳， 引起的失稳，叫侧向 特点: 失稳 特点:横断面 由圆形变为波形
图5-3 外压圆筒侧向失稳后的形状
长圆筒 动画2波 动画 波
短圆筒 动画3波 动画 波
短圆筒 动画4波 动画 波
Pcr [ P] = m
[P]—许用外压力，MPa 许用外压力， 许用外压力
m
—稳定安全系数。 稳定安全系数。 稳定安全系数
对圆筒、锥壳 m =3 ； 球壳、椭圆形和碟形封头
m =15
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2、设计准则 、
P = cr ，并接近[P] 计算压力 Pc ≤[ P] m
27
二、外压圆筒壁厚设计的图算法 1、算图 、
第一组（①②）：L/D相同时，δ/D大者临界压力高； 相同时， 大者临界压力高； 第一组（①②）： ）： 相同时 大者临界压力高 第二组（②③）：δ/D相同时，L/D小者临界压力高； 相同时， 小者临界压力高； 第二组（②③）： ）： 相同时 小者临界压力高 第三组（③④）：δ/D、L/D相同，有加强圈者临界压力高。 相同， 第三组（③④）： ）： 、 相同 有加强圈者临界压力高。
钢制长圆筒
δe pcr = 2.2 E D 0
t
pcr 与材料及δ e / D0有关
与L / D0 无关
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推论： 推论：从长圆筒临界压力公式可得 相应的临界应力与临界应变公式 临界压力 临界应力 应变
δe pcr = 2.2 E D 0
t 3
pcr Do t δe σ cr = = 1. 1 E D 2δ e o
表 5-1 外压圆筒稳定性实验
实验 筒径 筒长 筒体中间有 序号 D(mm) L(mm) 无加强圈
① ② ③ ④ 90 90 90 90 175 175 350 350 无 无 无 有一个
壁厚δ 壁厚 失稳时的真空度 失稳时波 水柱) 形数(个 水柱 形数 个 ) (mm) (mm水柱