第9章 外壓容器設(shè)計(jì)

1、本章主要討論的幾個(gè)問題：本章主要討論的幾個(gè)問題：(1) 外壓薄壁容器的厚度設(shè)計(jì)外壓薄壁容器的厚度設(shè)計(jì)；(2)外壓封頭的厚度設(shè)計(jì)；外壓封頭的厚度設(shè)計(jì)；9.1 概述概述外壓容器的概念：外壓容器的概念：外壓容器通常是指操作時(shí)作用在壁外的壓力大于壁內(nèi)壓外壓容器通常是指操作時(shí)作用在壁外的壓力大于壁內(nèi)壓力的容器。力的容器。外壓容器失效的形式：外壓容器失效的形式：外壓容器的失效的主要形式是喪失穩(wěn)定性！外壓容器的失效的主要形式是喪失穩(wěn)定性！9.1 概述概述壓桿失穩(wěn)的主要因素：壓桿失穩(wěn)的主要因素：1、外載大小、外載大小2、壓桿柔度、壓桿柔度(細(xì)長(zhǎng)比細(xì)長(zhǎng)比)3、材料的力學(xué)性能。、材料的力學(xué)性能。容器失穩(wěn)與壓桿失穩(wěn)

2、類似，取決于：容器失穩(wěn)與壓桿失穩(wěn)類似，取決于：1、圓筒外徑與有效壁厚之比、圓筒外徑與有效壁厚之比 Do/e；2、圓筒長(zhǎng)度與外徑的比值、圓筒長(zhǎng)度與外徑的比值 L/Do3、材料的力學(xué)性能、材料的力學(xué)性能 （E， )9.1 概述概述9.2 外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)受外壓的圓筒受外壓的圓筒, 有的僅橫向均勻受壓有的僅橫向均勻受壓, 有的則橫向和軸向同時(shí)均勻受壓有的則橫向和軸向同時(shí)均勻受壓, 但失穩(wěn)破壞總是在橫斷面內(nèi)發(fā)生但失穩(wěn)破壞總是在橫斷面內(nèi)發(fā)生, 也即失穩(wěn)破壞主要為環(huán)向應(yīng)力及其變也即失穩(wěn)破壞主要為環(huán)向應(yīng)力及其變形所控制。因此本章主要討論薄壁圓筒在橫向受均布外壓時(shí)的厚度設(shè)形所控制。

3、因此本章主要討論薄壁圓筒在橫向受均布外壓時(shí)的厚度設(shè)計(jì)計(jì)算方法。計(jì)計(jì)算方法。計(jì)算外壓圓筒的厚度時(shí)計(jì)算外壓圓筒的厚度時(shí), 一般要先假定一個(gè)名義厚度一般要先假定一個(gè)名義厚度n (已圓整至鋼板已圓整至鋼板厚度規(guī)格厚度規(guī)格) , 經(jīng)反復(fù)計(jì)算校核后才能完成經(jīng)反復(fù)計(jì)算校核后才能完成, 工程設(shè)計(jì)也常常采用算圖來簡(jiǎn)工程設(shè)計(jì)也常常采用算圖來簡(jiǎn)化計(jì)算過程化計(jì)算過程, 下面分別介紹解析法和圖算法。下面分別介紹解析法和圖算法。一、橫向受壓圓筒的穩(wěn)定性計(jì)算一、橫向受壓圓筒的穩(wěn)定性計(jì)算1、解析法、解析法a 計(jì)算公式計(jì)算公式 crppp =m m 為穩(wěn)定系數(shù)為穩(wěn)定系數(shù), 類似于強(qiáng)度計(jì)算中的安全系數(shù)。類似于強(qiáng)度計(jì)算中的安全系數(shù)

4、。9.2 外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)(1) 長(zhǎng)圓筒長(zhǎng)圓筒 3eo3no22.2Ep =mDmpDC2.2E 或或 (2)短圓筒短圓筒 2eooe0.4no2o2.59Ep =DmLDmpLDC2.59ED 或或 9.2 外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)b 臨界長(zhǎng)度臨界長(zhǎng)度ocroeDL1.17D 當(dāng)圓筒計(jì)算長(zhǎng)度當(dāng)圓筒計(jì)算長(zhǎng)度LLcr 時(shí)時(shí), 應(yīng)按式應(yīng)按式(15-2)或式或式(15-3)計(jì)算。計(jì)算。當(dāng)圓筒計(jì)算長(zhǎng)度當(dāng)圓筒計(jì)算長(zhǎng)度L 0 .5% DN( DN 為筒體的公稱直徑為筒體的公稱直徑) , 且大于且大于25mm 時(shí)時(shí), 其初其初始橢圓度會(huì)降低圓筒的臨界壓力值始橢

5、圓度會(huì)降低圓筒的臨界壓力值, 就不能再用就不能再用m = 3 作計(jì)算。作計(jì)算。9.2 外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)d 計(jì)算步驟計(jì)算步驟首先假設(shè)首先假設(shè)n (常取大于或等于強(qiáng)度計(jì)算所得的名義厚度常取大于或等于強(qiáng)度計(jì)算所得的名義厚度) , 而而e =n - C。(2) 以以e 代入式代入式(15-6) , 求求Lcr 。(3) 比較比較L 與與Lcr , 確定計(jì)算公式確定計(jì)算公式, 計(jì)算計(jì)算p 。(4) 比較比較p和和p , 若若p st時(shí)時(shí), 屬非彈性失穩(wěn)屬非彈性失穩(wěn), 應(yīng)改用下列近似公式計(jì)算：應(yīng)改用下列近似公式計(jì)算：tescr2tse2pDD1E 9.2 外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)

6、外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)2、圖算法、圖算法應(yīng)用算圖進(jìn)行外壓圓筒設(shè)計(jì)的方法和步驟應(yīng)用算圖進(jìn)行外壓圓筒設(shè)計(jì)的方法和步驟:a (Do/e)20 的圓筒與管子的圓筒與管子b (Do/e) 20 的圓筒和管子的圓筒和管子見教材見教材P3072BE3 注注意意：只只適適用用于于性性形形段段彈彈變變階階9.2 外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)二、軸向受壓圓筒的穩(wěn)定性計(jì)算二、軸向受壓圓筒的穩(wěn)定性計(jì)算僅軸向受壓的圓筒僅軸向受壓的圓筒, 在彈性段內(nèi)的穩(wěn)定許用應(yīng)力在彈性段內(nèi)的穩(wěn)定許用應(yīng)力, 在工程設(shè)計(jì)中可用下在工程設(shè)計(jì)中可用下列公式計(jì)算列公式計(jì)算:creecriiE10.180.06EmmRR Ri 圓筒

7、的內(nèi)半徑圓筒的內(nèi)半徑, mm。在彈性與塑性轉(zhuǎn)折段在彈性與塑性轉(zhuǎn)折段, 也可應(yīng)用也可應(yīng)用B-A算圖算圖, 對(duì)于軸向受壓縮圓筒規(guī)定對(duì)于軸向受壓縮圓筒規(guī)定: B = cr , 代入式代入式(15-12 ), 則有：則有：eiei2BEA0.06E3RA0.09R 9.2 外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)求解求解cr 的步驟與上述近似的步驟與上述近似:初定圓筒厚度初定圓筒厚度n, 計(jì)算計(jì)算e =n - C及及Ri/e , 并用以代入式并用以代入式(15-13)求求A。然。然后根據(jù)材料選擇相應(yīng)的后根據(jù)材料選擇相應(yīng)的B-A 圖圖(圖圖15-5圖圖15-7)由由A 查得查得B 值即為值即為cr

8、, 若在材料曲線的左方若在材料曲線的左方,則可按式則可按式(15-12)直接求直接求cr 。9.3 外壓凸形封頭的厚度設(shè)計(jì)外壓凸形封頭的厚度設(shè)計(jì)一、凸形封頭與球殼在彈性段內(nèi)的許用外壓力可按下式計(jì)算：一、凸形封頭與球殼在彈性段內(nèi)的許用外壓力可按下式計(jì)算： cr2oep0.0833Ep =mR m穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù), 對(duì)于凸形封頭和球殼對(duì)于凸形封頭和球殼, 有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定m = 15 ;Ro 凸形封頭球面部分外半徑凸形封頭球面部分外半徑, mm。9.3 外壓凸形封頭的厚度設(shè)計(jì)外壓凸形封頭的厚度設(shè)計(jì)二、在彈性和塑性轉(zhuǎn)折段二、在彈性和塑性轉(zhuǎn)折段, 則可應(yīng)用則可應(yīng)用B-A 算圖。算圖。A 半球形

9、封頭半球形封頭(球殼球殼)B 橢圓形封頭橢圓形封頭C 碟形封頭碟形封頭D 無(wú)折邊球形封頭無(wú)折邊球形封頭9.4 外壓錐形筒體和封頭的厚度設(shè)計(jì)外壓錐形筒體和封頭的厚度設(shè)計(jì)錐體厚度可按承受外壓的圓筒體厚度的確定方法進(jìn)行計(jì)算錐體厚度可按承受外壓的圓筒體厚度的確定方法進(jìn)行計(jì)算, 但需以錐體但需以錐體的有效厚度的有效厚度nc 來取代圓筒體的有效厚度來取代圓筒體的有效厚度e ecnc=C cos 再以錐體的當(dāng)量長(zhǎng)度再以錐體的當(dāng)量長(zhǎng)度Le (圖圖15-9) 作為計(jì)算長(zhǎng)度作為計(jì)算長(zhǎng)度, 并以并以Le/DL代替代替L/Do , DL/ ec 代替代替Do/e , 然后按上述算圖進(jìn)行計(jì)算。然后按上述算圖進(jìn)行計(jì)算。無(wú)折邊錐殼或錐殼上相鄰兩加強(qiáng)圈之間錐殼段無(wú)折邊錐殼或錐殼上相鄰兩加強(qiáng)圈之間錐殼段(圖圖15-9(a) 和和(d)的當(dāng)量的當(dāng)量長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為:xseLLDL =12D 大端折邊錐殼大端折邊錐殼(圖圖15-9 (b) 的當(dāng)量長(zhǎng)度為的當(dāng)量長(zhǎng)度為:xseLLDL =r sin12D 折邊錐殼折邊錐殼(圖圖15-9 (c) 、小端折邊錐殼的當(dāng)量長(zhǎng)度計(jì)算方法以及錐殼大、小端折邊錐殼的當(dāng)量長(zhǎng)