《化工容器及設(shè)備》第4單元外壓容器

1、|第一節(jié)第一節(jié) 外壓容器的穩(wěn)定性外壓容器的穩(wěn)定性 |第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒與外壓球殼的圖算法外壓圓筒與外壓球殼的圖算法 |第三節(jié)第三節(jié) 外壓圓筒的加強(qiáng)圈計(jì)算外壓圓筒的加強(qiáng)圈計(jì)算 |第四節(jié)第四節(jié) 外壓封頭計(jì)算外壓封頭計(jì)算 |第五節(jié)第五節(jié) 軸向受壓圓筒軸向受壓圓筒 一、外壓容器的失穩(wěn)一、外壓容器的失穩(wěn)二、外壓薄壁圓筒臨界壓力計(jì)算二、外壓薄壁圓筒臨界壓力計(jì)算 三、臨界長(zhǎng)度與計(jì)算長(zhǎng)度三、臨界長(zhǎng)度與計(jì)算長(zhǎng)度 殼體外部壓力大于殼體內(nèi)部壓力的容器。殼體外部壓力大于殼體內(nèi)部壓力的容器。 在石油、化工生產(chǎn)中，許多容器和設(shè)備要在外壓下操作。在石油、化工生產(chǎn)中，許多容器和設(shè)備要在外壓下操作。應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例（1）真

2、空操作容器或貯槽、減壓精餾塔的外殼）真空操作容器或貯槽、減壓精餾塔的外殼（2）用于加熱或冷卻的夾套容器的內(nèi)層殼體）用于加熱或冷卻的夾套容器的內(nèi)層殼體 外壓容器薄膜應(yīng)力計(jì)算方法與內(nèi)壓容器相同，外壓容器薄膜應(yīng)力計(jì)算方法與內(nèi)壓容器相同，唯一不同點(diǎn)是應(yīng)力的方向相反（唯一不同點(diǎn)是應(yīng)力的方向相反（彈性失效準(zhǔn)則彈性失效準(zhǔn)則），），承受內(nèi)壓時(shí)，圓筒薄膜應(yīng)力為拉應(yīng)力，承受外壓承受內(nèi)壓時(shí)，圓筒薄膜應(yīng)力為拉應(yīng)力，承受外壓時(shí)，圓筒薄膜應(yīng)力為壓應(yīng)力。時(shí)，圓筒薄膜應(yīng)力為壓應(yīng)力。剛度不足而發(fā)生失穩(wěn)破壞剛度不足而發(fā)生失穩(wěn)破壞（討論重點(diǎn)）（討論重點(diǎn)）強(qiáng)度強(qiáng)度不足而發(fā)生壓縮屈服失效不足而發(fā)生壓縮屈服失效承承受外壓殼受外壓殼體失效

3、形式：體失效形式：運(yùn)輸中容器失穩(wěn)運(yùn)輸中容器失穩(wěn)一、外壓容器的失穩(wěn)一、外壓容器的失穩(wěn)定義定義:實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì):從一種平衡狀態(tài)躍到另一種平衡狀態(tài)從一種平衡狀態(tài)躍到另一種平衡狀態(tài);應(yīng)力從壓應(yīng)力變?yōu)閺潙?yīng)力。應(yīng)力從壓應(yīng)力變?yōu)閺潙?yīng)力。承受外壓載荷的殼體，當(dāng)外壓載荷增大到承受外壓載荷的殼體，當(dāng)外壓載荷增大到某一值時(shí)，殼體會(huì)突然失去原來(lái)的形狀，某一值時(shí)，殼體會(huì)突然失去原來(lái)的形狀，被壓扁或出現(xiàn)波紋，載荷卸去后，殼體不被壓扁或出現(xiàn)波紋，載荷卸去后，殼體不能恢復(fù)原狀，這種現(xiàn)象稱(chēng)為外壓殼體的能恢復(fù)原狀，這種現(xiàn)象稱(chēng)為外壓殼體的屈屈曲曲（buckling）或）或失穩(wěn)失穩(wěn)（instability）。）。波紋數(shù)波紋數(shù)n=2波紋數(shù)波

4、紋數(shù)n=3波紋數(shù)波紋數(shù)n=5波紋數(shù)波紋數(shù)n=4具體表現(xiàn)具體表現(xiàn)橫斷面由圓變?yōu)椴ɡ诵?，與殼體長(zhǎng)度有關(guān)橫斷面由圓變?yōu)椴ɡ诵?，與殼體長(zhǎng)度有關(guān)外壓失穩(wěn)外壓失穩(wěn)的形狀：的形狀：軸向非對(duì)稱(chēng)失穩(wěn)軸向非對(duì)稱(chēng)失穩(wěn)軸向?qū)ΨQ(chēng)失穩(wěn)軸向?qū)ΨQ(chēng)失穩(wěn)外壓對(duì)稱(chēng)失穩(wěn)外壓對(duì)稱(chēng)失穩(wěn) 由于薄壁外壓容器的失穩(wěn)往往是在強(qiáng)度破壞前由于薄壁外壓容器的失穩(wěn)往往是在強(qiáng)度破壞前發(fā)生。因此外壓容器的主要失效形式是容器喪失穩(wěn)發(fā)生。因此外壓容器的主要失效形式是容器喪失穩(wěn)定性，保證外壓容器的穩(wěn)定性是外壓容器正常工作定性，保證外壓容器的穩(wěn)定性是外壓容器正常工作的必要條件。的必要條件。失穩(wěn)類(lèi)型失穩(wěn)類(lèi)型彈性失穩(wěn)彈性失穩(wěn)彈塑性失穩(wěn)彈塑性失穩(wěn)（非彈性失穩(wěn)）（非彈性失

5、穩(wěn)）彈性失穩(wěn)：彈性失穩(wěn)：對(duì)于壁厚對(duì)于壁厚t與直徑與直徑D比很小的比很小的簿壁回轉(zhuǎn)殼簿壁回轉(zhuǎn)殼，失，失穩(wěn)時(shí)，器壁的壓縮應(yīng)力通常低于材料的比例極限，穩(wěn)時(shí)，器壁的壓縮應(yīng)力通常低于材料的比例極限，這種失穩(wěn)稱(chēng)為這種失穩(wěn)稱(chēng)為彈性失穩(wěn)彈性失穩(wěn)；非彈性失穩(wěn)（彈塑性失穩(wěn)）：非彈性失穩(wěn)（彈塑性失穩(wěn)）： 當(dāng)間轉(zhuǎn)殼體厚度增大時(shí)，殼壁中的壓縮應(yīng)力，當(dāng)間轉(zhuǎn)殼體厚度增大時(shí)，殼壁中的壓縮應(yīng)力，超過(guò)材料的屈服點(diǎn)才發(fā)生失穩(wěn)，這種失穩(wěn)稱(chēng)為超過(guò)材料的屈服點(diǎn)才發(fā)生失穩(wěn)，這種失穩(wěn)稱(chēng)為非彈非彈性失穩(wěn)性失穩(wěn)或或彈塑性失穩(wěn)彈塑性失穩(wěn)。 非彈性失穩(wěn)的機(jī)理和理論分析遠(yuǎn)較彈性失穩(wěn)非彈性失穩(wěn)的機(jī)理和理論分析遠(yuǎn)較彈性失穩(wěn)復(fù)雜，工程上一般采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法

6、。復(fù)雜，工程上一般采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法。失效形式：失效形式：|一種是因強(qiáng)度不足，發(fā)生壓縮屈服失效；一種是因強(qiáng)度不足，發(fā)生壓縮屈服失效；|一種是因剛度個(gè)足，發(fā)生失穩(wěn)破壞。一種是因剛度個(gè)足，發(fā)生失穩(wěn)破壞。外部載荷形式：外部載荷形式：軸向載荷軸向載荷周向載荷周向載荷綜合載荷綜合載荷簿壁回轉(zhuǎn)殼體承受均勻外壓時(shí)，不僅在其周簿壁回轉(zhuǎn)殼體承受均勻外壓時(shí)，不僅在其周向均勻受壓，同時(shí)可能在軸向受到均勻壓縮載荷。向均勻受壓，同時(shí)可能在軸向受到均勻壓縮載荷。理論分析表明這種軸向外壓對(duì)殼體失穩(wěn)影響不大。理論分析表明這種軸向外壓對(duì)殼體失穩(wěn)影響不大。工程上主要討論工程上主要討論受周向均勻外壓薄壁回轉(zhuǎn)殼體受周向均勻外壓薄壁回轉(zhuǎn)

7、殼體的彈的彈性失穩(wěn)問(wèn)題。性失穩(wěn)問(wèn)題。臨界壓力臨界壓力pcr殼體失穩(wěn)時(shí)所承受的相應(yīng)壓力。殼體失穩(wěn)時(shí)所承受的相應(yīng)壓力。|研究表明，薄壁園柱殼受周向外壓，當(dāng)外壓力達(dá)研究表明，薄壁園柱殼受周向外壓，當(dāng)外壓力達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生徑向撓曲，并迅速增加。到一個(gè)臨界值時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生徑向撓曲，并迅速增加。沿周向出現(xiàn)壓扁或幾個(gè)有規(guī)則的波紋。沿周向出現(xiàn)壓扁或幾個(gè)有規(guī)則的波紋。n：與臨界壓力相對(duì)應(yīng)，較少的波紋數(shù)相：與臨界壓力相對(duì)應(yīng)，較少的波紋數(shù)相應(yīng)于較低的臨界壓力（對(duì)于給定外直徑和殼壁厚度應(yīng)于較低的臨界壓力（對(duì)于給定外直徑和殼壁厚度的園柱殼）。的園柱殼）。影響影響波紋數(shù)波紋數(shù)n和和臨界壓力臨界壓力pcr主要因素主

8、要因素外壓容器失穩(wěn)的根本原因是由于殼體剛度不外壓容器失穩(wěn)的根本原因是由于殼體剛度不足，并不是由于殼體存在橢圓度或材料不均勻所致。足，并不是由于殼體存在橢圓度或材料不均勻所致。即即橢圓度和材料不均勻?qū)κХ€(wěn)的性質(zhì)無(wú)影響，只影橢圓度和材料不均勻?qū)κХ€(wěn)的性質(zhì)無(wú)影響，只影響使響使pcr。與圓柱殼端部約束形式、約束之間距離和圓柱殼上兩與圓柱殼端部約束形式、約束之間距離和圓柱殼上兩個(gè)剛性元件之間距離個(gè)剛性元件之間距離L有關(guān)；有關(guān)； 隨著殼體材料隨著殼體材料t彈性模量、泊松比的增大而增加；彈性模量、泊松比的增大而增加； 非彈性失穩(wěn)的臨界壓力，還與材料的屈服點(diǎn)有關(guān)。非彈性失穩(wěn)的臨界壓力，還與材料的屈服點(diǎn)有關(guān)。求

9、求 、 、 crpcrcrL理想圓柱殼小撓度理論理想圓柱殼小撓度理論線(xiàn)性平衡方程和線(xiàn)性平衡方程和撓曲微分方程；撓曲微分方程；tDwt失穩(wěn)時(shí)圓柱殼體的應(yīng)力仍失穩(wěn)時(shí)圓柱殼體的應(yīng)力仍 處于彈性范圍。處于彈性范圍。圓柱殼厚度圓柱殼厚度t與半徑與半徑D相比相比 是小量，是小量， 位移位移w與厚度與厚度t相相 比是小量比是小量( , )假設(shè)假設(shè)理論理論目的目的工程中，在采用小撓度理論分析基礎(chǔ)上，引進(jìn)穩(wěn)工程中，在采用小撓度理論分析基礎(chǔ)上，引進(jìn)穩(wěn)定性安全系數(shù)定性安全系數(shù) m ，限定外壓殼體安全運(yùn)行的載荷。，限定外壓殼體安全運(yùn)行的載荷。（1）殼體失穩(wěn)的本質(zhì)是幾何非線(xiàn)性的問(wèn)題）殼體失穩(wěn)的本質(zhì)是幾何非線(xiàn)性的問(wèn)題（2

10、）經(jīng)歷成型、焊接、焊后熱處理的實(shí)際圓筒，）經(jīng)歷成型、焊接、焊后熱處理的實(shí)際圓筒，存在各種初始缺陷，如幾何形狀偏差、材料性能存在各種初始缺陷，如幾何形狀偏差、材料性能不均勻等不均勻等（3）受載不可能完全對(duì)稱(chēng)）受載不可能完全對(duì)稱(chēng)小撓度線(xiàn)性分析會(huì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不吻合。小撓度線(xiàn)性分析會(huì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不吻合。該理論的局限該理論的局限外壓圓筒的穩(wěn)定條件外壓圓筒的穩(wěn)定條件mpppcr 穩(wěn)穩(wěn)定定系系數(shù)數(shù)。臨臨界界壓壓力力，許許用用外外壓壓力力，計(jì)計(jì)算算壓壓力力， mMPapMPapMPapcrc穩(wěn)定系數(shù)（穩(wěn)定系數(shù)（穩(wěn)定性安全系數(shù)穩(wěn)定性安全系數(shù) ）m：確定確定穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)m，要全面考慮所用理論公式的精確，要全面考慮

11、所用理論公式的精確程度，制造技術(shù)所能保證的質(zhì)量（如形狀公差），程度，制造技術(shù)所能保證的質(zhì)量（如形狀公差），焊接結(jié)構(gòu)形式等因素。焊接結(jié)構(gòu)形式等因素。 如果所取如果所取m太小，會(huì)對(duì)制造要求過(guò)高；太小，會(huì)對(duì)制造要求過(guò)高； 如果如果m太大則使設(shè)備笨重，造成浪費(fèi)太大則使設(shè)備笨重，造成浪費(fèi)我國(guó)我國(guó)GB 1501998鋼制壓力容器鋼制壓力容器規(guī)定規(guī)定u 取外壓圓筒的穩(wěn)定系數(shù)取外壓圓筒的穩(wěn)定系數(shù)m=3。u 在制造技術(shù)要求中則對(duì)外壓圓筒相應(yīng)規(guī)定橢圓在制造技術(shù)要求中則對(duì)外壓圓筒相應(yīng)規(guī)定橢圓度度0.5D（D為圓筒的公稱(chēng)直徑），且為圓筒的公稱(chēng)直徑），且25mm。橢圓度為圓筒最大內(nèi)徑和最小內(nèi)徑之差與公稱(chēng)直橢圓度為圓筒最

12、大內(nèi)徑和最小內(nèi)徑之差與公稱(chēng)直徑之比徑之比(Dmax-Dmin)D。u 圓筒殼的初始橢圓度會(huì)降低圓筒殼的臨界壓力。圓筒殼的初始橢圓度會(huì)降低圓筒殼的臨界壓力。如果橢圓度如果橢圓度0.5，就不能再用，就不能再用m3，初始橢，初始橢圓度對(duì)外壓圓筒的臨界壓力的產(chǎn)生影響。圓度對(duì)外壓圓筒的臨界壓力的產(chǎn)生影響。二、外壓薄壁圓筒臨界壓力計(jì)算二、外壓薄壁圓筒臨界壓力計(jì)算外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計(jì)算是以小撓度外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計(jì)算是以小撓度理論為基礎(chǔ)，此理論有以下假設(shè)：第一，筒理論為基礎(chǔ)，此理論有以下假設(shè)：第一，筒體壁厚與半徑相比是小量，位移與壁厚相比體壁厚與半徑相比是小量，位移與壁厚相比是小量。從而可得到用位移表示

13、的線(xiàn)性平衡是小量。從而可得到用位移表示的線(xiàn)性平衡微分方程；第二、失穩(wěn)時(shí)簡(jiǎn)體的應(yīng)力仍處于微分方程；第二、失穩(wěn)時(shí)簡(jiǎn)體的應(yīng)力仍處于彈性范圍。彈性范圍。外壓圓筒分類(lèi)：外壓圓筒分類(lèi)：L/Do和和Do/t較大時(shí)，其中間部分將不受兩較大時(shí)，其中間部分將不受兩端約束或剛性構(gòu)件的支承作用，殼體剛端約束或剛性構(gòu)件的支承作用，殼體剛性較差，失穩(wěn)時(shí)呈現(xiàn)兩個(gè)波紋，性較差，失穩(wěn)時(shí)呈現(xiàn)兩個(gè)波紋，n=2。L/Do和和Do/t較小時(shí)，殼體兩端的約束或剛較小時(shí)，殼體兩端的約束或剛性構(gòu)件對(duì)圓柱殼的支持作用較為明顯，性構(gòu)件對(duì)圓柱殼的支持作用較為明顯，殼體剛性較大，失穩(wěn)時(shí)呈現(xiàn)兩個(gè)以上波殼體剛性較大，失穩(wěn)時(shí)呈現(xiàn)兩個(gè)以上波紋，紋，n2。L

14、/Do和和Do/t很小時(shí)，殼體的剛性很大，此很小時(shí)，殼體的剛性很大，此時(shí)圓柱殼體的失效形式已經(jīng)不是失穩(wěn)，時(shí)圓柱殼體的失效形式已經(jīng)不是失穩(wěn)，而是壓縮強(qiáng)度破壞。而是壓縮強(qiáng)度破壞。剛性圓筒剛性圓筒短圓筒短圓筒長(zhǎng)圓筒長(zhǎng)圓筒1. 長(zhǎng)圓筒的臨界壓力長(zhǎng)圓筒的臨界壓力由于長(zhǎng)圓筒的殼體足夠長(zhǎng)，故其失穩(wěn)不由于長(zhǎng)圓筒的殼體足夠長(zhǎng)，故其失穩(wěn)不受筒端的約束作用，因此長(zhǎng)圓筒的臨界壓力受筒端的約束作用，因此長(zhǎng)圓筒的臨界壓力的計(jì)算方法與圓筒中離邊界較遠(yuǎn)處切出的圓的計(jì)算方法與圓筒中離邊界較遠(yuǎn)處切出的圓環(huán)的臨界壓力計(jì)算方法是相同的。在推導(dǎo)長(zhǎng)環(huán)的臨界壓力計(jì)算方法是相同的。在推導(dǎo)長(zhǎng)圓筒臨界壓力的理論公式時(shí)，可從長(zhǎng)圓筒中圓筒臨界壓力的

15、理論公式時(shí)，可從長(zhǎng)圓筒中沿軸向切出寬度為沿軸向切出寬度為1個(gè)單位的圓環(huán)建立撓曲線(xiàn)個(gè)單位的圓環(huán)建立撓曲線(xiàn)的微分方程式并求解，進(jìn)而求得長(zhǎng)圓筒的臨的微分方程式并求解，進(jìn)而求得長(zhǎng)圓筒的臨界壓力公式。界壓力公式。長(zhǎng)圓筒的臨界壓力計(jì)算公式：長(zhǎng)圓筒的臨界壓力計(jì)算公式： 32crD1E2pe 對(duì)于鋼質(zhì)圓筒（對(duì)于鋼質(zhì)圓筒（=0.3）：）： 30ecrDE22p . 30uummDDmmMPaE0e. 泊松比，鋼材泊松比，鋼材，近似使用外徑近似使用外徑圓筒的中間面直徑，可圓筒的中間面直徑，可圓筒的與效直徑，圓筒的與效直徑，模量，模量，設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性 臨界應(yīng)力（臨界壓力在圓筒壁中引起的周臨

16、界應(yīng)力（臨界壓力在圓筒壁中引起的周向壓縮應(yīng)力）：向壓縮應(yīng)力）： 30ee0crcrDE112Dp . 適用條件：適用條件：)(tytpcr （小于比例極限時(shí)適用）（小于比例極限時(shí)適用）2.短圓筒的臨界壓力短圓筒的臨界壓力 51000crcrDtDLE301t2Dp. tDLDEt592p002cr. 適用條件：適用條件：)(tytpcr （小于比例極限時(shí)適用）（小于比例極限時(shí)適用）3. 剛性圓筒的臨界壓力剛性圓筒的臨界壓力失效主要是強(qiáng)度破壞，強(qiáng)度校核公式與內(nèi)壓失效主要是強(qiáng)度破壞，強(qiáng)度校核公式與內(nèi)壓圓筒相同。其最大外壓力為：圓筒相同。其最大外壓力為：itSpD2emax mmMPammMPapi

17、tS圓筒的內(nèi)直徑，圓筒的內(nèi)直徑，極限，極限，材料在設(shè)計(jì)溫度的屈服材料在設(shè)計(jì)溫度的屈服圓筒的有效厚度，圓筒的有效厚度，壓力，壓力，圓筒所能承受的最大外圓筒所能承受的最大外 Demax 形狀缺陷對(duì)圓筒穩(wěn)定性的影響形狀缺陷對(duì)圓筒穩(wěn)定性的影響圓筒形狀缺陷：圓筒形狀缺陷：不圓不圓局部區(qū)域中的折皺、鼓脹、凹陷局部區(qū)域中的折皺、鼓脹、凹陷影響影響:內(nèi)壓下，有消除不圓度的趨勢(shì)內(nèi)壓下，有消除不圓度的趨勢(shì)外壓下，在缺陷處產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力外壓下，在缺陷處產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力圓筒中的壓縮應(yīng)力增加圓筒中的壓縮應(yīng)力增加臨界壓力降低臨界壓力降低n 實(shí)際失穩(wěn)壓力與理論結(jié)果不能很好吻合；實(shí)際失穩(wěn)壓力與理論結(jié)果不能很好吻合；n

18、工程應(yīng)用對(duì)圓筒的初始不圓度嚴(yán)格限制。工程應(yīng)用對(duì)圓筒的初始不圓度嚴(yán)格限制。（1）長(zhǎng)圓筒臨界壓力與圓筒的計(jì)算長(zhǎng)度無(wú)關(guān)）長(zhǎng)圓筒臨界壓力與圓筒的計(jì)算長(zhǎng)度無(wú)關(guān)（2）長(zhǎng)圓筒抗失穩(wěn)能力與）長(zhǎng)圓筒抗失穩(wěn)能力與E有關(guān)，而強(qiáng)度上的有關(guān)，而強(qiáng)度上的承壓能力與承壓能力與S有關(guān)有關(guān) 用高強(qiáng)度鋼代替低強(qiáng)度鋼，只能提高圓筒的強(qiáng)用高強(qiáng)度鋼代替低強(qiáng)度鋼，只能提高圓筒的強(qiáng)度，而不能提高其抗失穩(wěn)能力度，而不能提高其抗失穩(wěn)能力（3）對(duì)于薄壁圓筒，使長(zhǎng)圓筒失穩(wěn)的壓力（）對(duì)于薄壁圓筒，使長(zhǎng)圓筒失穩(wěn)的壓力（Pcr）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于使長(zhǎng)圓筒屈服的壓力（）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于使長(zhǎng)圓筒屈服的壓力（PS），即失穩(wěn)），即失穩(wěn)破壞限于強(qiáng)度破壞。破壞限于強(qiáng)度破壞。30cr

19、DtE22P)(. )(0SSDt2P 注意注意其他回轉(zhuǎn)殼體的臨界壓力其他回轉(zhuǎn)殼體的臨界壓力經(jīng)典公式：經(jīng)典公式： 22132RtEpcr 3 . 0 221. 1RtEpcr 1. 半球殼半球殼2.碟形殼：碟形殼： 22132RtEpcr 221. 1RtEpcr 同球殼計(jì)算，但同球殼計(jì)算，但R用碟形殼中央部分的外半徑用碟形殼中央部分的外半徑RO代替代替同碟形殼計(jì)算，同碟形殼計(jì)算，RO=K1DO鋼材：鋼材：3. 橢球殼：橢球殼： 5 . 259. 2LeLecrDtDLEp 注意：注意： Le錐殼的當(dāng)量長(zhǎng)度；錐殼的當(dāng)量長(zhǎng)度；DL錐殼大端外直徑錐殼大端外直徑DS錐殼小端外直徑錐殼小端外直徑Te錐

20、殼當(dāng)量厚度錐殼當(dāng)量厚度costte錐殼上兩剛性元錐殼上兩剛性元件所在處的直徑件所在處的直徑適用于：適用于：o60o60按平板計(jì)算，平板直徑取錐殼最大直徑按平板計(jì)算，平板直徑取錐殼最大直徑4. 錐殼錐殼u 塔受風(fēng)載時(shí)，迎風(fēng)側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力，而背風(fēng)塔受風(fēng)載時(shí)，迎風(fēng)側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力，而背風(fēng)側(cè)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，當(dāng)壓縮應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)，側(cè)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，當(dāng)壓縮應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)，塔就喪失穩(wěn)定性。塔就喪失穩(wěn)定性。u 受內(nèi)壓的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，在赤道處為壓受內(nèi)壓的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，在赤道處為壓應(yīng)力應(yīng)力,可能失穩(wěn)?？赡苁Х€(wěn)。 除受外壓作用外，只要?dú)んw在較大區(qū)域內(nèi)存在除受外壓作用外，只要?dú)んw在較大區(qū)域內(nèi)存在壓縮薄膜應(yīng)力，也有可能產(chǎn)

21、生失穩(wěn)。壓縮薄膜應(yīng)力，也有可能產(chǎn)生失穩(wěn)。例如：例如： 其它失穩(wěn)舉例：其它失穩(wěn)舉例：三、臨界長(zhǎng)度與計(jì)算長(zhǎng)度三、臨界長(zhǎng)度與計(jì)算長(zhǎng)度如何區(qū)別長(zhǎng)圓筒和短圓筒。則需要有一個(gè)長(zhǎng)如何區(qū)別長(zhǎng)圓筒和短圓筒。則需要有一個(gè)長(zhǎng)度的界限。我們用度的界限。我們用Lcr做為長(zhǎng)、短圓筒的做為長(zhǎng)、短圓筒的區(qū)別界限。若區(qū)別界限。若LLcr屬于長(zhǎng)圓筒；若屬于長(zhǎng)圓筒；若LLcr則屬于則屬于短圓筒。短圓筒。外壓圓筒的外壓圓筒的L是指簡(jiǎn)體上相鄰兩個(gè)剛是指簡(jiǎn)體上相鄰兩個(gè)剛性構(gòu)件之間的最大距離。端蓋、法蘭，加強(qiáng)圈都是性構(gòu)件之間的最大距離。端蓋、法蘭，加強(qiáng)圈都是剛性構(gòu)件。剛性構(gòu)件。1. 臨界長(zhǎng)度臨界長(zhǎng)度e00crDD171L . 20ee00

22、cr2ecrDE22DDLE592p)(. 長(zhǎng)圓筒長(zhǎng)圓筒短圓筒短圓筒0002259.2DDDLEptSeecrecr e0tSecrDE31L . 短圓筒短圓筒剛性圓筒剛性圓筒圓筒類(lèi)型的判據(jù)圓筒類(lèi)型的判據(jù)|長(zhǎng)圓筒長(zhǎng)圓筒|短圓筒短圓筒|剛性圓筒剛性圓筒crLL crcrLLL crLL 2. 計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算長(zhǎng)度筒體上相鄰兩個(gè)剛性構(gòu)件（封頭、法筒體上相鄰兩個(gè)剛性構(gòu)件（封頭、法蘭、支座、加強(qiáng)圈等均可視為剛性構(gòu)件）之間的最蘭、支座、加強(qiáng)圈等均可視為剛性構(gòu)件）之間的最大距離。計(jì)算時(shí)可根據(jù)以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定。大距離。計(jì)算時(shí)可根據(jù)以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定。2. 計(jì)算長(zhǎng)度（續(xù)）計(jì)算長(zhǎng)度（續(xù)）一、算圖中的符

23、號(hào)說(shuō)明一、算圖中的符號(hào)說(shuō)明二、外壓圓筒的圖算法二、外壓圓筒的圖算法三、外壓球殼的圖算法三、外壓球殼的圖算法外壓圓筒與球殼壁厚計(jì)算，除可以采用解外壓圓筒與球殼壁厚計(jì)算，除可以采用解析法確定以外，還可以采用圖算法來(lái)計(jì)算，析法確定以外，還可以采用圖算法來(lái)計(jì)算，我國(guó)我國(guó)GB 1501998鋼制壓力容器規(guī)定外鋼制壓力容器規(guī)定外壓容器設(shè)計(jì)采用圖算法。壓容器設(shè)計(jì)采用圖算法。圖算法比較簡(jiǎn)單、它對(duì)于長(zhǎng)、短圓筒、球圖算法比較簡(jiǎn)單、它對(duì)于長(zhǎng)、短圓筒、球殼以及對(duì)于彈塑性變形范圍內(nèi)的穩(wěn)定問(wèn)題都?xì)ひ约皩?duì)于彈塑性變形范圍內(nèi)的穩(wěn)定問(wèn)題都適用。適用。圖表是以米賽斯公式為基礎(chǔ)作出的。圖表是以米賽斯公式為基礎(chǔ)作出的。mpcr 假設(shè)

24、筒體的名義厚度假設(shè)筒體的名義厚度n； 計(jì)算有效厚度計(jì)算有效厚度e； 求出臨界長(zhǎng)度求出臨界長(zhǎng)度Lcr，將圓筒的外壓計(jì)算長(zhǎng)度，將圓筒的外壓計(jì)算長(zhǎng)度L與與Lcr進(jìn)行比較，判斷圓筒屬于長(zhǎng)圓筒還是短圓筒；進(jìn)行比較，判斷圓筒屬于長(zhǎng)圓筒還是短圓筒； 根據(jù)圓筒類(lèi)型，選用公式計(jì)算臨界壓力根據(jù)圓筒類(lèi)型，選用公式計(jì)算臨界壓力 Pcr； 選取穩(wěn)定性安全系數(shù)選取穩(wěn)定性安全系數(shù)m，計(jì)算許用外壓，計(jì)算許用外壓p= 比較設(shè)計(jì)壓力比較設(shè)計(jì)壓力p和和p的大小。若的大小。若p小于等于小于等于p且較且較為接近，則假設(shè)的名義厚度為接近，則假設(shè)的名義厚度n符合要求；否則應(yīng)重新符合要求；否則應(yīng)重新假設(shè)假設(shè)n，重復(fù)以上步驟，直到滿(mǎn)足要求為止

25、。，重復(fù)以上步驟，直到滿(mǎn)足要求為止。中的中面直徑中的中面直徑D、厚度厚度t相應(yīng)改為外相應(yīng)改為外徑徑Do、有效厚度、有效厚度e，得：，得： 32 . 2DtEpcr tDLDEtpcr259. 2 將式將式算圖來(lái)源算圖來(lái)源:假設(shè)：圓筒僅受徑向均勻外壓，而不受軸向外壓，假設(shè)：圓筒僅受徑向均勻外壓，而不受軸向外壓， 與圓環(huán)一樣處于單向（周向）應(yīng)力狀態(tài)。與圓環(huán)一樣處于單向（周向）應(yīng)力狀態(tài)。 圖算法原理：（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范采用）圖算法原理：（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范采用）3)(2 .2oecrDEp長(zhǎng)圓筒臨界壓力長(zhǎng)圓筒臨界壓力2.50.5()2.590.45()eocreooDpELDD短圓筒臨界壓力短圓筒臨界壓力 eocrc

26、rDp2圓筒在圓筒在pcr作用下，作用下，產(chǎn)生的周向應(yīng)力產(chǎn)生的周向應(yīng)力不論長(zhǎng)圓筒或短圓筒，不論長(zhǎng)圓筒或短圓筒，失穩(wěn)時(shí)周向應(yīng)變（按失穩(wěn)時(shí)周向應(yīng)變（按單向應(yīng)力時(shí)的虎克定單向應(yīng)力時(shí)的虎克定律）為：律）為：eocrcrcrE2DpE為避開(kāi)材料的彈性模量為避開(kāi)材料的彈性模量E（塑性狀態(tài)為變（塑性狀態(tài)為變量），采用量），采用表征失穩(wěn)時(shí)的特征。表征失穩(wěn)時(shí)的特征。代入長(zhǎng)、短代入長(zhǎng)、短圓筒臨界壓圓筒臨界壓力公式力公式20)(1 .1ecrD將長(zhǎng)、短圓筒的將長(zhǎng)、短圓筒的pcr公式分別代入應(yīng)變式中，得公式分別代入應(yīng)變式中，得長(zhǎng)圓筒長(zhǎng)圓筒 5 . 15 . 0)()(45. 03 . 1eoeoocrDDDL短圓筒短

27、圓筒)/D,D/L(feoocr令令 A=cr， 以以A作為橫坐標(biāo)，作為橫坐標(biāo)，L/Do作為縱坐標(biāo)，作為縱坐標(biāo)， Do/e作為參量繪成曲線(xiàn)；見(jiàn)圖作為參量繪成曲線(xiàn)；見(jiàn)圖4-4徑向受均勻外壓，徑向和軸向受相同外壓的圓筒：徑向受均勻外壓，徑向和軸向受相同外壓的圓筒：crA教材教材P86（1）幾何參數(shù)計(jì)算圖：）幾何參數(shù)計(jì)算圖：L/DoDo/eA關(guān)系曲線(xiàn)關(guān)系曲線(xiàn)圖圖4-4外壓或軸向受壓圓筒幾何參數(shù)計(jì)算圖外壓或軸向受壓圓筒幾何參數(shù)計(jì)算圖與材料彈性模量與材料彈性模量E無(wú)關(guān)，對(duì)任何材料的筒體都適用。無(wú)關(guān)，對(duì)任何材料的筒體都適用。 ( )oecrDDA 查o已 知L、用途用途:適用適用:討論：討論：長(zhǎng)圓筒長(zhǎng)圓筒

28、與縱坐標(biāo)平行的直線(xiàn)簇，失穩(wěn)時(shí)與縱坐標(biāo)平行的直線(xiàn)簇，失穩(wěn)時(shí) 周向應(yīng)變周向應(yīng)變A與與L/Do無(wú)關(guān)；無(wú)關(guān)； 短圓筒短圓筒斜平行線(xiàn)簇，失穩(wěn)時(shí)斜平行線(xiàn)簇，失穩(wěn)時(shí)A與與 L/Do、Do/e 都有關(guān)。都有關(guān)。 拐拐 點(diǎn)點(diǎn)Lcr/Do之比值。之比值。已知：已知：L/Do，Do/e查幾何參數(shù)計(jì)算圖查幾何參數(shù)計(jì)算圖4-4（ L/DoDo/eA關(guān)系曲線(xiàn)）關(guān)系曲線(xiàn)）周向應(yīng)變周向應(yīng)變A（橫坐標(biāo)）（橫坐標(biāo)）找出找出A與與pcr 的關(guān)系（類(lèi)似：應(yīng)變的關(guān)系（類(lèi)似：應(yīng)變應(yīng)力）應(yīng)力）判定筒體在操作外壓力下是否安全。判定筒體在操作外壓力下是否安全。方法思路方法思路（2）厚度計(jì)算圖（不同材料）：）厚度計(jì)算圖（不同材料）：BA關(guān)系曲線(xiàn)

29、關(guān)系曲線(xiàn)2crcrocrep DEEeocrE2DpmcreoEm2pD臨界壓力臨界壓力pcr，穩(wěn)定性安全系數(shù)，穩(wěn)定性安全系數(shù)m，許用外壓力，許用外壓力p，pmpcr 代入式代入式整理得：整理得：eoDpB 令令GB 150， ASME -1 均取均取m=3，crcr32E32BcreoEm2pD以以A作為橫坐標(biāo)，作為橫坐標(biāo)，B作為縱坐標(biāo)，作為縱坐標(biāo)，材料溫度線(xiàn)作為參量繪成曲線(xiàn)：見(jiàn)圖材料溫度線(xiàn)作為參量繪成曲線(xiàn)：見(jiàn)圖4-54-12u 按材料的拉伸（壓縮）曲線(xiàn)在縱按材料的拉伸（壓縮）曲線(xiàn)在縱坐標(biāo)方向按坐標(biāo)方向按2/3比例縮小繪制而成。比例縮小繪制而成。 實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì):u反映反映 關(guān)系（鋼材）關(guān)系（鋼材

30、）crcr 32a. 不同材料不同材料 不同材料有不同曲線(xiàn)不同材料有不同曲線(xiàn) b. 溫度不同溫度不同 同一種材料有一簇曲線(xiàn)同一種材料有一簇曲線(xiàn) ( )sBf A、c. ( )Bf A,tpcrtpcrtEconstEconst斜直線(xiàn)是彈性失穩(wěn)曲線(xiàn)是非彈性失穩(wěn)適用：對(duì)彈性失穩(wěn)、非彈性失穩(wěn)均適用適用：對(duì)彈性失穩(wěn)、非彈性失穩(wěn)均適用用途：計(jì)算用途：計(jì)算 oeBpD討論：討論：( )sBf A、一、算圖中的符號(hào)說(shuō)明一、算圖中的符號(hào)說(shuō)明MPaEmm2DDDmmDmmCmmCmmCCCCMPaBAni00i2121,1245444量量設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)溫溫度度下下材材料料彈彈性性模模，圓圓筒筒外外徑徑，圓圓筒筒內(nèi)內(nèi)經(jīng)

31、經(jīng)，腐腐蝕蝕裕裕量量，壁壁厚厚附附加加量量，壁壁厚厚附附加加量量，至至查查圖圖系系數(shù)數(shù)，查查圖圖系系數(shù)數(shù)，查查圖圖 MPapmmRmmmmMPaMPaMPaMPapmmLmmhc0en20tSti計(jì)計(jì)算算外外壓壓力力，球球殼殼外外徑徑，圓圓筒筒與與球球殼殼的的有有效效厚厚度度，圓圓筒筒與與球球殼殼的的名名義義厚厚度度屈屈服服極極限限，設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)溫溫度度下下材材料料的的點(diǎn)點(diǎn)，設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)溫溫度度下下材材料料的的屈屈服服應(yīng)應(yīng)力力，設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)溫溫度度下下材材料料的的許許用用許許用用外外壓壓力力，圓圓筒筒計(jì)計(jì)算算長(zhǎng)長(zhǎng)度度，封封頭頭曲曲面面深深度度， %2 . 0.二、外壓圓筒的圖算法二、外壓圓筒的圖算法計(jì)算壁

32、厚步驟如下：計(jì)算壁厚步驟如下：外壓圓筒外壓圓筒（Do/e）薄壁圓筒（薄壁圓筒（Do/e20）失穩(wěn)失穩(wěn)失穩(wěn)失穩(wěn)強(qiáng)度失效強(qiáng)度失效Do/e20厚壁圓筒（厚壁圓筒（Do/e20）|1. 的圓筒與管子的圓筒與管子假設(shè)名義壁厚，計(jì)算有效壁厚假設(shè)名義壁厚，計(jì)算有效壁厚 ，定出長(zhǎng)徑比定出長(zhǎng)徑比L/DL/D0 0和徑厚比和徑厚比D D0 0/e e。查圖查圖4-44-4，遇中間值用內(nèi)插法，查系數(shù)，遇中間值用內(nèi)插法，查系數(shù)A A。長(zhǎng)。長(zhǎng)徑比徑比0.050.05，取長(zhǎng)徑比，取長(zhǎng)徑比=0.05=0.05。按圖按圖4-54-12，查系數(shù)，查系數(shù)B。遇中間值用內(nèi)插遇中間值用內(nèi)插法。法。20/0 eD Cne 計(jì)算許用外壓

33、力計(jì)算許用外壓力p,ppp,ppc c。否則重新假設(shè)。否則重新假設(shè)名義厚度，重復(fù)計(jì)算。名義厚度，重復(fù)計(jì)算。pp計(jì)算公式：計(jì)算公式：如果系數(shù)如果系數(shù)A A落在設(shè)計(jì)溫度下材料的左方，用公落在設(shè)計(jì)溫度下材料的左方，用公式：式：)/(e0DBp )/(32e0DAEp |2. 的圓筒與管子的圓筒與管子|這一類(lèi)應(yīng)同時(shí)考慮強(qiáng)度和穩(wěn)定性問(wèn)題。這一類(lèi)應(yīng)同時(shí)考慮強(qiáng)度和穩(wěn)定性問(wèn)題。查出系數(shù)查出系數(shù)B B的方法同前，徑厚比的方法同前，徑厚比D D0 0/e e4 4時(shí)時(shí)用公式計(jì)算系數(shù)用公式計(jì)算系數(shù)A A，若，若A A0.10.1時(shí)，取時(shí)，取A=0.1A=0.1：按以下兩式計(jì)算許用外壓力，取其中的較小按以下兩式計(jì)算許

34、用外壓力，取其中的較小者。者。20/0 eD 2)/(1 .1e0DA BDpe0）（0625. 0/25. 21 式中應(yīng)力，取以下兩式得較小者：式中應(yīng)力，取以下兩式得較小者：計(jì)算許用外壓力計(jì)算許用外壓力p,ppp,ppc c。否則重新假設(shè)。否則重新假設(shè)名義厚度，重復(fù)計(jì)算。名義厚度，重復(fù)計(jì)算。BDpe0）（0625. 0/25. 21 )/11/202e0e0DDp （t02 t2 . 0tS09 . 09 . 0 或或 三、外壓球殼的圖算法三、外壓球殼的圖算法1. 球殼的臨界壓力球殼的臨界壓力2. 許用壓力許用壓力p（取穩(wěn)定系數(shù)（取穩(wěn)定系數(shù)m=3） 2R25.00ecrEp 2e0crRE0

35、8330mpp)/(. |3. 外壓球殼圖算法步驟：外壓球殼圖算法步驟：假設(shè)球殼名義厚度，計(jì)算有效厚度，定出假設(shè)球殼名義厚度，計(jì)算有效厚度，定出R0/eR0/e，計(jì)算系數(shù)計(jì)算系數(shù)A A的值：的值：查圖查圖4-54-12，得到系數(shù)，得到系數(shù)B。按下式計(jì)算許。按下式計(jì)算許用壓力用壓力p。計(jì)算許用外壓力計(jì)算許用外壓力p,ppp,ppc c。否則重新假設(shè)。否則重新假設(shè)名義厚度，重復(fù)計(jì)算。名義厚度，重復(fù)計(jì)算。e0R1250A /. e0RBp / 如圖某一外壓圓筒形塔體，工如圖某一外壓圓筒形塔體，工作溫度為作溫度為150，材料為普通，材料為普通碳素鋼碳素鋼Q235A，內(nèi)徑，內(nèi)徑Di=1000mm，筒體總

36、長(zhǎng)，筒體總長(zhǎng)l=6500mm(不包括封頭高不包括封頭高)，橢，橢圓形封頭直邊高度圓形封頭直邊高度h=25mm，曲面深度曲面深度h1=250mm，設(shè)計(jì)壓，設(shè)計(jì)壓力為力為0.1MPa，C2取取1.2mm，無(wú)安全控制裝置，試計(jì)算塔體無(wú)安全控制裝置，試計(jì)算塔體的壁厚。的壁厚。解解: 用圖算法進(jìn)行計(jì)算。用圖算法進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)塔體名義厚度假設(shè)塔體名義厚度用內(nèi)插法查圖。用內(nèi)插法查圖。根據(jù)圖根據(jù)圖44，A=0.00013。因所用材料為因所用材料為Q235A鋼，故選圖鋼，故選圖45系數(shù)系數(shù)A落在設(shè)計(jì)溫度下材料線(xiàn)左方，因此落在設(shè)計(jì)溫度下材料線(xiàn)左方，因此計(jì)算許用外壓力計(jì)算許用外壓力p1因因 且接近且接近pc，故假定

37、壁厚符合計(jì)算要求，確定塔體壁厚為故假定壁厚符合計(jì)算要求，確定塔體壁厚為10mm。加強(qiáng)圈的間距加強(qiáng)圈的間距截面尺寸截面尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)crLp，考慮的考慮的問(wèn)題問(wèn)題目的目的 將長(zhǎng)圓筒轉(zhuǎn)化為短圓筒，可以有效地減小筒將長(zhǎng)圓筒轉(zhuǎn)化為短圓筒，可以有效地減小筒體厚度、提高筒體穩(wěn)定性，即體厚度、提高筒體穩(wěn)定性，即 比增加圓簡(jiǎn)壁厚更加經(jīng)濟(jì)合理，不僅節(jié)省材比增加圓簡(jiǎn)壁厚更加經(jīng)濟(jì)合理，不僅節(jié)省材料，并且可以減輕筒體重量。料，并且可以減輕筒體重量。 可以減少大直徑范壁圓筒形狀缺陷的影響，可以減少大直徑范壁圓筒形狀缺陷的影響，提高筒體的剛度。提高筒體的剛度。加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)一、加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)及其要求一、加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)

38、及其要求|1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)|2. 要求要求 加強(qiáng)圈應(yīng)有足夠的剛性，常用扁鋼、角鋼、工字鋼加強(qiáng)圈應(yīng)有足夠的剛性，常用扁鋼、角鋼、工字鋼或其他類(lèi)型鋼制成?；蚱渌?lèi)型鋼制成。 它可以設(shè)置在容器的內(nèi)部或外部，并應(yīng)全部圍繞容它可以設(shè)置在容器的內(nèi)部或外部，并應(yīng)全部圍繞容器的圓周。加強(qiáng)圈自身在環(huán)向的連接要用對(duì)接焊。器的圓周。加強(qiáng)圈自身在環(huán)向的連接要用對(duì)接焊。 加強(qiáng)圈和殼體連接必須足夠緊密、在載荷作用下能加強(qiáng)圈和殼體連接必須足夠緊密、在載荷作用下能夠共同承受應(yīng)力，如果不能保證加強(qiáng)圈和殼體一起受力，夠共同承受應(yīng)力，如果不能保證加強(qiáng)圈和殼體一起受力，就會(huì)大大降低臨界載荷。加強(qiáng)圈與殼體的連接可用連續(xù)焊就會(huì)大大降低臨界

39、載荷。加強(qiáng)圈與殼體的連接可用連續(xù)焊或間斷焊。或間斷焊。 為了保證殼體及加強(qiáng)圈的穩(wěn)定性，加強(qiáng)圈不為了保證殼體及加強(qiáng)圈的穩(wěn)定性，加強(qiáng)圈不能隨意削弱或割斷。能隨意削弱或割斷。|3. 焊接（結(jié)構(gòu)）焊接（結(jié)構(gòu)） 加強(qiáng)圈與殼體連加強(qiáng)圈與殼體連接結(jié)構(gòu)采用滿(mǎn)焊和間接結(jié)構(gòu)采用滿(mǎn)焊和間斷焊斷焊 間斷焊縫布置如間斷焊縫布置如圖，間斷焊纏之間的圖，間斷焊纏之間的間隙為間隙為l，對(duì)于外加強(qiáng)，對(duì)于外加強(qiáng)圈取圈取l8t對(duì)于內(nèi)加對(duì)于內(nèi)加強(qiáng)圈取強(qiáng)圈取l12t 。間。間斷焊縫可以相互錯(cuò)開(kāi)斷焊縫可以相互錯(cuò)開(kāi)或并排布置?；虿⑴挪贾?。|4. 注意的問(wèn)題注意的問(wèn)題 圖示結(jié)構(gòu)的圖示結(jié)構(gòu)的E或或F處，截面應(yīng)具處，截面應(yīng)具有該圈所需的慣性有該

40、圈所需的慣性矩。其大小應(yīng)以它矩。其大小應(yīng)以它本身的中性軸來(lái)計(jì)本身的中性軸來(lái)計(jì)算。算。對(duì)于由于種種原對(duì)于由于種種原因必須削弱或割斷的因必須削弱或割斷的加強(qiáng)圈。加強(qiáng)圈。需要留出間需要留出間隙時(shí)，如圖隙時(shí)，如圖D及及E處，處，則不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的弧則不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的弧長(zhǎng)如圖長(zhǎng)如圖4-16。否則，。否則，應(yīng)將容器內(nèi)部和外部應(yīng)將容器內(nèi)部和外部的加強(qiáng)圈相鄰部分之的加強(qiáng)圈相鄰部分之間接合起來(lái)。間接合起來(lái)。采用圖示采用圖示C C處的結(jié)構(gòu)，處的結(jié)構(gòu)，外加強(qiáng)圈外加強(qiáng)圈C C處截面應(yīng)具處截面應(yīng)具有加強(qiáng)圈所需要的慣性矩。有加強(qiáng)圈所需要的慣性矩。若能同時(shí)滿(mǎn)足以下若能同時(shí)滿(mǎn)足以下3 3個(gè)條件者除外：個(gè)條件者除外：圓筒上不受加強(qiáng)

41、圈支撐的弧長(zhǎng)不超過(guò)圓筒上不受加強(qiáng)圈支撐的弧長(zhǎng)不超過(guò)90900 0；相鄰兩個(gè)加強(qiáng)圈的不受支撐的圓筒弧長(zhǎng)相互相鄰兩個(gè)加強(qiáng)圈的不受支撐的圓筒弧長(zhǎng)相互交錯(cuò)交錯(cuò)1801800 0；圓筒計(jì)算長(zhǎng)度圓筒計(jì)算長(zhǎng)度L L應(yīng)取下列數(shù)值的較大者：相應(yīng)取下列數(shù)值的較大者：相間隔加強(qiáng)圈之間的最大距離；從封頭轉(zhuǎn)角線(xiàn)至間隔加強(qiáng)圈之間的最大距離；從封頭轉(zhuǎn)角線(xiàn)至第二個(gè)加強(qiáng)圈中心的距離再加上第二個(gè)加強(qiáng)圈中心的距離再加上1/31/3封頭曲面深封頭曲面深度。度。容器內(nèi)部的構(gòu)件如塔盤(pán)等，如果與使其起加容器內(nèi)部的構(gòu)件如塔盤(pán)等，如果與使其起加強(qiáng)作用，可視為加強(qiáng)圈。強(qiáng)作用，可視為加強(qiáng)圈。 裝在筒體外部的加強(qiáng)圈其每側(cè)間斷焊的總長(zhǎng)裝在筒體外部的加

42、強(qiáng)圈其每側(cè)間斷焊的總長(zhǎng)度不小于筒體外圈周長(zhǎng)的二分之一；度不小于筒體外圈周長(zhǎng)的二分之一； 加強(qiáng)圈裝在筒體內(nèi)部時(shí)，加強(qiáng)圈每側(cè)間斷焊加強(qiáng)圈裝在筒體內(nèi)部時(shí)，加強(qiáng)圈每側(cè)間斷焊的總長(zhǎng)不應(yīng)小于筒體內(nèi)圓周長(zhǎng)的三分之一。的總長(zhǎng)不應(yīng)小于筒體內(nèi)圓周長(zhǎng)的三分之一。二、加強(qiáng)圈的圖算法二、加強(qiáng)圈的圖算法|1. 加強(qiáng)圈的間距計(jì)算加強(qiáng)圈的間距計(jì)算加強(qiáng)圈首先應(yīng)合理確定加強(qiáng)圈數(shù)量及間距加強(qiáng)圈首先應(yīng)合理確定加強(qiáng)圈數(shù)量及間距L。加強(qiáng)圈間距必須小于式：加強(qiáng)圈間距必須小于式：求得的臨界長(zhǎng)度求得的臨界長(zhǎng)度Lcr,否則加強(qiáng)圈不會(huì)提高圓筒否則加強(qiáng)圈不會(huì)提高圓筒殼的承壓能力。殼的承壓能力。e00crDD171L . |對(duì)于筒體若僅受均布外壓力作

43、用，且在彈性失穩(wěn)對(duì)于筒體若僅受均布外壓力作用，且在彈性失穩(wěn)范圍內(nèi)，用拉姆近似公式求得加強(qiáng)圈的最大間距：范圍內(nèi)，用拉姆近似公式求得加強(qiáng)圈的最大間距：c0e0mpDEDL5 . 2max)/(6 . 2 加強(qiáng)圈的實(shí)際間距加強(qiáng)圈的實(shí)際間距LsLmax是合適的是合適的|2. 加強(qiáng)圈的計(jì)算加強(qiáng)圈的計(jì)算|加強(qiáng)圈與圓筒一樣，本身也有穩(wěn)定性問(wèn)題。計(jì)算加強(qiáng)圈與圓筒一樣，本身也有穩(wěn)定性問(wèn)題。計(jì)算步驟為：步驟為：初定數(shù)量和間距，使初定數(shù)量和間距，使LsLmax；選擇材料，初定截面尺寸，計(jì)算截面面積選擇材料，初定截面尺寸，計(jì)算截面面積A As s和加強(qiáng)圈與圓筒有效組合截面的慣性矩和加強(qiáng)圈與圓筒有效組合截面的慣性矩I

44、Ia a；用下式計(jì)算用下式計(jì)算B B值；值；SSe0cLADpB/ 使用計(jì)算圖使用計(jì)算圖4-5圖圖4-12，查出系數(shù)，查出系數(shù)A；若圖；若圖中無(wú)值，則按下式計(jì)算：中無(wú)值，則按下式計(jì)算：用下式計(jì)算加強(qiáng)圈與圓筒的組合段所需的慣用下式計(jì)算加強(qiáng)圈與圓筒的組合段所需的慣性矩：性矩：I Is sII為合適，否則重復(fù)計(jì)算。為合適，否則重復(fù)計(jì)算。EBA5.1 ALALDSSeS9 .10)/(It0 |3. 計(jì)算公式中的符號(hào)說(shuō)明計(jì)算公式中的符號(hào)說(shuō)明4ScS0SmmImmI3mmMPapmmLaEmmDBmmAA矩矩，截截面面形形心心軸軸的的實(shí)實(shí)際際慣慣性性通通過(guò)過(guò)與與殼殼體體軸軸線(xiàn)線(xiàn)平平行行的的組組合合截截面

45、面對(duì)對(duì)加加強(qiáng)強(qiáng)圈圈與與殼殼體體有有效效段段的的需需的的慣慣性性矩矩，加加強(qiáng)強(qiáng)圈圈與與殼殼體體組組合合段段所所穩(wěn)穩(wěn)定定系系數(shù)數(shù)，對(duì)對(duì)碳碳素素鋼鋼筒筒體體的的計(jì)計(jì)算算外外壓壓力力，加加強(qiáng)強(qiáng)圈圈實(shí)實(shí)際際間間距距，模模量量，設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)溫溫度度下下材材料料的的彈彈性性筒筒體體外外徑徑，系系數(shù)數(shù)（應(yīng)應(yīng)力力）加加強(qiáng)強(qiáng)圈圈的的截截面面積積，系系數(shù)數(shù)（應(yīng)應(yīng)變變）； 42;MP加強(qiáng)圈與圓筒焊成加強(qiáng)圈與圓筒焊成一個(gè)整體，與圓筒一樣一個(gè)整體，與圓筒一樣受徑向外壓作用，故安受徑向外壓作用，故安全條件仍然是保證不喪全條件仍然是保證不喪失穩(wěn)定。在進(jìn)行加強(qiáng)圈失穩(wěn)定。在進(jìn)行加強(qiáng)圈計(jì)算時(shí)，可認(rèn)為加強(qiáng)圈計(jì)算時(shí)，可認(rèn)為加強(qiáng)圈與部分殼體

46、共同承受圈與部分殼體共同承受圈兩側(cè)各兩側(cè)各L/2范圍內(nèi)的外范圍內(nèi)的外壓載荷壓載荷(見(jiàn)圖見(jiàn)圖)。筒體有效段的長(zhǎng)度筒體有效段的長(zhǎng)度范圍為范圍為2b(計(jì)算截計(jì)算截面面積面面積A As s)，GB 150-1998規(guī)定，加規(guī)定，加強(qiáng)圈中心線(xiàn)兩側(cè)有強(qiáng)圈中心線(xiàn)兩側(cè)有效長(zhǎng)度：效長(zhǎng)度：相鄰部分有重疊時(shí)相鄰部分有重疊時(shí)每側(cè)按每側(cè)按1/2計(jì)算。計(jì)算。e0D55. 0b |4. 組合慣性矩的計(jì)算步驟：組合慣性矩的計(jì)算步驟：計(jì)算組合段，加強(qiáng)圈和筒體的有效截面面積；計(jì)算組合段，加強(qiáng)圈和筒體的有效截面面積；加強(qiáng)圈面積加強(qiáng)圈面積A AS S用型材時(shí)可查手冊(cè)，筒體面積用型材時(shí)可查手冊(cè)，筒體面積A A2 2按按式計(jì)算：式計(jì)算：

47、計(jì)算加強(qiáng)圈和筒體的有效段慣性矩，加強(qiáng)圈計(jì)算加強(qiáng)圈和筒體的有效段慣性矩，加強(qiáng)圈慣性矩慣性矩I I1 1用型材時(shí)可查手冊(cè)，筒體慣性矩用型材時(shí)可查手冊(cè)，筒體慣性矩I I2 2利用利用力學(xué)知識(shí)計(jì)算。力學(xué)知識(shí)計(jì)算。e0ee2D1 . 12bA 計(jì)算組合截面形心軸位置；計(jì)算組合截面形心軸位置；計(jì)算組合截面實(shí)際慣性矩計(jì)算組合截面實(shí)際慣性矩I Ia a；2SSAAcAa 2222S1SaAIdAII C加強(qiáng)圈形心位置至圓筒壁厚中心線(xiàn)的距離。加強(qiáng)圈形心位置至圓筒壁厚中心線(xiàn)的距離。d加強(qiáng)圈形心軸加強(qiáng)圈形心軸x0-x0與組合截面形心軸與組合截面形心軸x-x之之間的距離間的距離d=c-a。例題例題4-2 在例題在例題

48、4-1中，若將筒體的名義壁厚減至中，若將筒體的名義壁厚減至6mm，并設(shè)置加強(qiáng)圈。加強(qiáng)圈采用熱軋等邊角鋼，試計(jì)算并設(shè)置加強(qiáng)圈。加強(qiáng)圈采用熱軋等邊角鋼，試計(jì)算確定所得加強(qiáng)圈數(shù)目及尺寸。確定所得加強(qiáng)圈數(shù)目及尺寸。解：解： (1)計(jì)算加強(qiáng)圈數(shù)目計(jì)算加強(qiáng)圈數(shù)目穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)m3，鋼材設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量鋼材設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量計(jì)算加強(qiáng)圈的最大間距計(jì)算加強(qiáng)圈的最大間距計(jì)算加強(qiáng)圈數(shù)目計(jì)算加強(qiáng)圈數(shù)目n（設(shè)置（設(shè)置n個(gè)加強(qiáng)圈，將筒體分為個(gè)加強(qiáng)圈，將筒體分為n+1段）段）故故n3（即用（即用3個(gè)加強(qiáng)圈，將筒體分成個(gè)加強(qiáng)圈，將筒體分成4段）段）加強(qiáng)圈的間距加強(qiáng)圈的間距(2)計(jì)算加強(qiáng)圈尺寸計(jì)算加強(qiáng)圈尺寸選用選用40

49、404的等邊角鋼的等邊角鋼查型鋼規(guī)格表得查型鋼規(guī)格表得計(jì)算系數(shù)計(jì)算系數(shù)B值值計(jì)算系數(shù)計(jì)算系數(shù)A的值的值計(jì)算加強(qiáng)圈與圓筒組合段所需的慣性矩計(jì)算加強(qiáng)圈與圓筒組合段所需的慣性矩(3)計(jì)算組合截面實(shí)際慣性矩計(jì)算組合截面實(shí)際慣性矩圓筒有效段的截面積圓筒有效段的截面積圓筒有效段的慣性矩圓筒有效段的慣性矩由圖由圖4-19可知可知確定組合截面形心軸確定組合截面形心軸x-x的位置的位置計(jì)算組合截面實(shí)際慣性矩計(jì)算組合截面實(shí)際慣性矩故原選故原選40404的等邊角鋼可用的等邊角鋼可用因因一、外壓凸形封頭一、外壓凸形封頭二、外壓錐形封頭二、外壓錐形封頭三、壓力試驗(yàn)三、壓力試驗(yàn)和和與與內(nèi)壓容器內(nèi)壓容器相同。相同。在外壓達(dá)

50、到某一臨界壓力時(shí)，封頭也要失穩(wěn)。外壓在外壓達(dá)到某一臨界壓力時(shí)，封頭也要失穩(wěn)。外壓封頭設(shè)計(jì)封頭設(shè)計(jì)。p 形狀、材料等初始形狀、材料等初始缺陷對(duì)封頭的穩(wěn)定性缺陷對(duì)封頭的穩(wěn)定性有顯著的影響。有顯著的影響。p 成形封頭的殼體失穩(wěn)成形封頭的殼體失穩(wěn)研究在理論和實(shí)驗(yàn)上比研究在理論和實(shí)驗(yàn)上比圓筒復(fù)雜得多。圓筒復(fù)雜得多。 外壓封頭的穩(wěn)定性計(jì)算建立在球形殼體承受均布外壓封頭的穩(wěn)定性計(jì)算建立在球形殼體承受均布外壓的彈性失穩(wěn)分橋基礎(chǔ)上，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出半經(jīng)外壓的彈性失穩(wěn)分橋基礎(chǔ)上，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出半經(jīng)驗(yàn)的臨界壓力計(jì)算公式，但是將它們直接用于設(shè)計(jì)還欠驗(yàn)的臨界壓力計(jì)算公式，但是將它們直接用于設(shè)計(jì)還欠成熟。因此設(shè)計(jì)中

51、仍采用一些近似方法。成熟。因此設(shè)計(jì)中仍采用一些近似方法。一、外壓凸形封頭一、外壓凸形封頭|1.外壓球形封頭外壓球形封頭根據(jù)小撓度彈性穩(wěn)定理論得到的球殼臨界壓根據(jù)小撓度彈性穩(wěn)定理論得到的球殼臨界壓力公式為：力公式為：式中式中 R球殼中面的半徑，球殼中面的半徑，mm t球殼的計(jì)算壁厚，球殼的計(jì)算壁厚，mm對(duì)鋼制球殼，取對(duì)鋼制球殼，取u0.3，代入上式得：，代入上式得： 22132RtEpcr MPaRtE.pcr2211 由于實(shí)際臨界壓力僅為理論臨界壓力的由于實(shí)際臨界壓力僅為理論臨界壓力的1/41/6，我國(guó)的，我國(guó)的GE 1501998鋼制壓力容器鋼制壓力容器對(duì)外對(duì)外壓球殼取穩(wěn)定系數(shù)壓球殼取穩(wěn)定系

52、數(shù)m14.52。得許用壓力為：。得許用壓力為：設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力pp 時(shí)、由上式得球殼壁厚為時(shí)、由上式得球殼壁厚為: 2020cr0833. 05214211mPpRtERtE.CEpRi2146.3t圖算法圖算法|2. 橢圓形封頭橢圓形封頭外壓橢圓形封頭的外壓橢圓形封頭的Ri為當(dāng)量曲率半徑：為當(dāng)量曲率半徑： Ri=K1D0 ，K1是橢形長(zhǎng)短軸比值決定的系是橢形長(zhǎng)短軸比值決定的系數(shù)其值見(jiàn)表數(shù)其值見(jiàn)表41（遇中間值用內(nèi)插法求（遇中間值用內(nèi)插法求得）。得）。外壓穩(wěn)定性計(jì)算公式和圖算法步外壓穩(wěn)定性計(jì)算公式和圖算法步驟同受外壓得半球形封頭驟同受外壓得半球形封頭曲率半徑沿經(jīng)線(xiàn)是變化的，在中心處，曲率半徑最

53、大，按曲率半徑沿經(jīng)線(xiàn)是變化的，在中心處，曲率半徑最大，按最大曲率半徑計(jì)算則過(guò)于保守，離開(kāi)中心線(xiàn)則曲率半徑減最大曲率半徑計(jì)算則過(guò)于保守，離開(kāi)中心線(xiàn)則曲率半徑減少，殼體剛性增大，穩(wěn)定性提高。少，殼體剛性增大，穩(wěn)定性提高。不同點(diǎn)不同點(diǎn)類(lèi)似半球形封頭類(lèi)似半球形封頭|3. 碟形封頭碟形封頭外壓球殼的設(shè)計(jì)計(jì)算公式及圖算法也適用于外壓球殼的設(shè)計(jì)計(jì)算公式及圖算法也適用于外壓碟形封頭，但取球面部分的外半徑。外壓碟形封頭，但取球面部分的外半徑。ni0RR 二、外壓錐形封頭二、外壓錐形封頭受外壓的錐形封頭及錐形簡(jiǎn)體，包括無(wú)折邊受外壓的錐形封頭及錐形簡(jiǎn)體，包括無(wú)折邊及折邊錐殼，在數(shù)學(xué)、力學(xué)上是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)及折邊錐

54、殼，在數(shù)學(xué)、力學(xué)上是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，工程上依賴(lài)于試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)錐殼半頂角的大題，工程上依賴(lài)于試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)錐殼半頂角的大小分別按圓筒和平蓋進(jìn)行計(jì)算，所需壁厚按如下方小分別按圓筒和平蓋進(jìn)行計(jì)算，所需壁厚按如下方法確定：法確定：|1. 半頂角半頂角600度的錐殼度的錐殼按按當(dāng)量圓筒當(dāng)量圓筒進(jìn)行計(jì)算，該圓筒的壁厚，等于進(jìn)行計(jì)算，該圓筒的壁厚，等于錐殼的有效壁厚錐殼的有效壁厚te：圓筒長(zhǎng)度即為錐殼的當(dāng)量長(zhǎng)度圓筒長(zhǎng)度即為錐殼的當(dāng)量長(zhǎng)度Le。 )cos(Ctte LSxeDD12LL 無(wú)折邊錐殼和錐殼上相鄰的兩加強(qiáng)圈之間的錐殼無(wú)折邊錐殼和錐殼上相鄰的兩加強(qiáng)圈之間的錐殼段，計(jì)算公式：段，計(jì)算公式：當(dāng)量長(zhǎng)

55、度當(dāng)量長(zhǎng)度Le LSxeDD12LL rsin大端折邊的錐殼，計(jì)算公式：大端折邊的錐殼，計(jì)算公式：當(dāng)量長(zhǎng)度當(dāng)量長(zhǎng)度Le LSxLSeDD12LDDL sinra小端折邊的錐殼，計(jì)算公式：小端折邊的錐殼，計(jì)算公式：當(dāng)量長(zhǎng)度當(dāng)量長(zhǎng)度Le LSxLSeDD12LDDL sinrrsina折邊錐殼，計(jì)算公式：折邊錐殼，計(jì)算公式：當(dāng)量長(zhǎng)度當(dāng)量長(zhǎng)度Le|2. 半頂角半頂角600度的錐殼度的錐殼錐殼壁厚按錐殼壁厚按平蓋平蓋計(jì)算，其直徑取錐殼的最大計(jì)算，其直徑取錐殼的最大直徑。直徑。|3.外壓錐形封頭計(jì)算步驟：外壓錐形封頭計(jì)算步驟： 假設(shè)錐殼名義厚度假設(shè)錐殼名義厚度ncnc 計(jì)算計(jì)算e=(nc-C)cose=(nc-C)cos 按外壓圓筒的規(guī)定進(jìn)行外壓校核計(jì)算，并以按外壓圓筒的規(guī)定進(jìn)行外壓校核計(jì)算，并以L Le e/D/D0 0代替代替L/DL/D0 0, ,以以D DL