壓力容器設(shè)計(jì)（華東理工） 課件.ppt

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1、第四章外壓容器設(shè)計(jì)第一節(jié)概述第二節(jié)外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計(jì)算第三節(jié)外壓圓筒的設(shè)計(jì)計(jì)算第四節(jié)外壓封頭和法蘭設(shè)計(jì)1第一節(jié)概述一、外壓容器的失效形式外壓容器的失效形式有兩種：發(fā)生壓縮屈服破壞;當(dāng)外壓達(dá)到一定的數(shù)值時，殼體的徑向撓度隨壓縮應(yīng)力的增加急劇增大，直至容器壓扁，這種現(xiàn)象稱為外壓容器的失穩(wěn)或屈曲。2第一節(jié)概述二、臨界壓力外壓容器發(fā)生失穩(wěn)時的相應(yīng)壓力稱為臨界壓力。薄壁圓筒受側(cè)向均布外力作用，一旦達(dá)到臨界壓力時，沿周向?qū)⑿纬蓭讉€波。外壓圓筒的失穩(wěn)形態(tài)3第一節(jié)概述臨界壓力臨界壓力除與圓筒材料的E、μ有關(guān)外，主要和圓筒長度與直徑之比值、壁厚與直徑的比值有關(guān)。早期對外壓圓筒的分析是按照理想圓柱殼線性小撓度

2、理論進(jìn)行的，但失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)表明該分析結(jié)果不正確，根本原因殼體失穩(wěn)本質(zhì)上是幾何非線性問題，，所以失穩(wěn)分析應(yīng)按非線性大撓度來考慮。4第一節(jié)概述臨界壓力表述與許用設(shè)計(jì)外壓的確定[p]?Pcr/m[P]－許用設(shè)計(jì)外壓，MPaPcr－臨界壓力，MPam－穩(wěn)定系數(shù)，我國鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)取m=35第一節(jié)概述外壓容器的設(shè)計(jì)參數(shù)1、設(shè)計(jì)壓力和液壓試驗(yàn)壓力設(shè)計(jì)壓力P設(shè)：?正常工作過程中可能產(chǎn)生的最大內(nèi)外壓差。真空容器：有安全裝置，?。?.25?Pmax，0.1MPa）中的較小值；無有安全裝置，取0.1MPa夾套容器：內(nèi)部真空，真空容器設(shè)計(jì)壓力＋夾套設(shè)計(jì)壓力；應(yīng)考慮容器可能出現(xiàn)的最大壓差的危險(xiǎn)工況。如內(nèi)筒泄漏、夾套液壓

3、試驗(yàn)等工況…6第一節(jié)概述1、設(shè)計(jì)壓力和液壓試驗(yàn)壓力試驗(yàn)壓力PT：不帶夾套的外壓容器，按內(nèi)壓試驗(yàn)；帶夾套外壓容器，夾套試驗(yàn)壓力按外壓容器，但必須校核內(nèi)筒的穩(wěn)定性真空容器以內(nèi)壓作壓力試驗(yàn)；7第一節(jié)概述外壓容器的設(shè)計(jì)參數(shù)2、外壓筒體計(jì)算長度L：指筒體上兩個剛性構(gòu)件如封頭、法蘭、加強(qiáng)圈之間的最大距離。對于凸形端蓋：L＝圓筒長＋封頭直邊段＋端蓋深度對于法蘭：L＝兩法蘭面之間的距離對于加強(qiáng)圈：L＝加強(qiáng)圈中心線之間的距離8第一節(jié)概述外壓容器的設(shè)計(jì)參數(shù)3、外壓容器的設(shè)計(jì)計(jì)算“設(shè)計(jì)規(guī)定”穩(wěn)定性系數(shù)m＝3，此時要求圓筒的不圓度e?0.5%Dg，且e?25mm.9第二節(jié)外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計(jì)算一、受均布側(cè)向外壓的長

4、圓筒的臨界壓力二、受均布側(cè)向外壓短圓筒的臨界壓力三、軸向受壓圓筒的臨界應(yīng)力10一、受均布側(cè)向外壓的長圓筒的臨界壓力基本概念：長圓筒與短圓筒當(dāng)圓筒的長度與直徑之比較大時，其中間部分將不受兩端封頭或加強(qiáng)圈的支持作用，彈性失穩(wěn)時形成n=2的波數(shù)，這種圓筒稱為長圓筒，長圓筒的臨界壓力與長度無關(guān)，僅與圓筒厚與直徑的比值有關(guān)。當(dāng)圓筒的長度與直徑之比較小，失穩(wěn)波數(shù)大于2時，稱為短圓筒。11一、受均布側(cè)向外壓的長圓筒的臨界壓力基本概念：長圓筒臨界壓力：短圓筒臨界壓力：12一、受均布側(cè)向外壓的長圓筒的臨界壓力基本概念：圓筒處于臨界狀態(tài)時的應(yīng)力13一、受均布側(cè)向外壓的長圓筒的臨界壓力(一)圓環(huán)的撓度曲線微分方程1

5、4一、受均布側(cè)向外壓的長圓筒的臨界壓力(二)圓環(huán)的臨界壓力式中：Pcr---沿圓環(huán)單位周長上的載荷；t---圓環(huán)的壁厚；R---圓環(huán)中性面的半徑，D=2R；E---圓環(huán)材料的彈性模量。15一、受均布側(cè)向外壓的長圓筒的臨界壓力(三)長圓筒的臨界壓力公式16二、受均布側(cè)向外壓短圓筒的臨界壓力(一)未加強(qiáng)圓筒的臨界壓力(二)臨界長度(三)帶加強(qiáng)圈的圓筒或17二、受均布側(cè)向外壓短圓筒的臨界壓力式中C為修正系數(shù)，與Ri/t的比值有關(guān)，見下圖曲線：一般工程上Ri/t<500，取Ri/t=500，C18三、軸向受壓圓筒的臨界應(yīng)力=stE()Rcr213m-CicrREt.=s式中C為修正系數(shù)，與Ri/t的比

6、值有關(guān)，見下圖曲線：一般工程上Ri/t<500，取Ri/t=500，C19四、非彈性失穩(wěn)的工程計(jì)算對于彈性失穩(wěn)，臨界壓力與材料強(qiáng)度無關(guān)，對于非彈性失穩(wěn)，臨界壓力與材料的強(qiáng)度性有關(guān)20第三節(jié)外壓圓筒的設(shè)計(jì)計(jì)算一、解析法二、圖算法21第三節(jié)外壓圓筒的設(shè)計(jì)計(jì)算一、解析法基本原則：對于長圓筒：L>Lcr，對于短圓筒：L?Lcr,22第三節(jié)外壓圓筒的設(shè)計(jì)計(jì)算一、解析法:計(jì)算步驟1、假設(shè)壁厚tn，計(jì)算筒體長度L，t=tn-C;2、計(jì)算Lcr,，判斷L是否大于Lcr；對于長圓筒：L>Lcr，對于短圓筒：L?Lcr，3、比較P和[P]，若P?[P]且較接近，則假設(shè)的tn符合要求；4、計(jì)算，工程上23第三節(jié)外壓

7、圓筒的設(shè)計(jì)計(jì)算一、圖算法的原理取兩個參數(shù)A、B24第三節(jié)外壓圓筒的設(shè)計(jì)計(jì)算二、圖算法的計(jì)算步驟1、假設(shè)壁厚tn，計(jì)算筒體長度L，t=tn-C;2、計(jì)算L/Do、Do/t，查A，若L/Do>50，用L/Do＝50查A；3、由A值向上引垂線，查B值，若交不到，則說明圓筒已發(fā)生彈性失穩(wěn)，B值按下式計(jì)算計(jì)算4、比較P和[P]，若P?[P]且較接近，則假設(shè)的tn符合要求25一、圖算法的基本原理26二、圖算法