【正文】 Lcr 適用所有材料 圖 1015 外壓或軸向受壓圓筒和管子 幾何參數(shù)計(jì)算圖 （ 與材料彈性模量無關(guān)，可用于所有材料的筒體 ） （ 2）厚度計(jì)算圖 （不同材料的 A— B關(guān)系圖） 問題：如何找出 A(ε)— [P]的關(guān)系，并畫成曲線？ 圖 1015 能否據(jù)此畫成曲線圖？ eecrcrEDpmEDpE ????2][200 ＝??可得 0)2(][ DEmP e???令 ?EmB 2?0][ DBp e??)(212 00eecrcrDKEDp??? ??要想從 ε找 [P]，首先需要從 ε找 B crEEmB ??? 32322 ??? 若以 ?為橫坐標(biāo)， B為縱坐標(biāo) ， 將 B與 ?(即圖中A)關(guān)系用曲線表示出來，就得到了 AB關(guān)系圖 。 ? ? 00//DLDEP etcr??短圓筒： 30 ?????????DEP etcr ?長(zhǎng)圓筒： KEP cr ?（ 1）幾何參數(shù)計(jì)算圖 （ L/Do－ Do/δe－ A 關(guān)系圖） 兩個(gè)公式統(tǒng)一寫成： KEp cr ?K— 特征系數(shù) ，與圓筒尺寸 L/D0、 δe/D0有關(guān) ),(00 DDLK e???長(zhǎng)圓筒： 30 ?????????DK e?? ? 00//DLDK e??短圓筒： 可見 )(212 00eecrcrDKEDP??? ??外壓圓筒失穩(wěn)定時(shí)的環(huán)向應(yīng)力（周向應(yīng)力） ),(),(21)(21000000DLDfDDDLDKEeeeecr????????????不論長(zhǎng)圓筒，短圓筒，外壓圓筒失穩(wěn)時(shí)的環(huán)向應(yīng)變（周向應(yīng)變） 為了避開材料的彈性模量，我們用應(yīng)變來表征失穩(wěn)時(shí)的特征 ),(00DLDfe?? ?為了方便，將 ε與圓筒幾何參數(shù) D0/δe （徑厚比）、 L/D0（長(zhǎng)徑比）的關(guān)系畫成曲線。 —— 外壓容器設(shè)計(jì)計(jì)算思想 [P] 或 Pcr 與筒體的幾何尺寸（ δe、 D0、 L）有關(guān)。 [P]— 許用外壓 ， MPa m— 穩(wěn)定安全系數(shù) ， 1， 其值取決于計(jì)算方法的準(zhǔn)確程度和筒體制造質(zhì)量 。 （ 1）許用外壓 思考：只要設(shè)計(jì)壓力 Pcr，外壓容器不發(fā)生失穩(wěn)？ ? ? 00//DLDEp etcr??短圓筒： 30 ?????????DEp etcr ?長(zhǎng)圓筒： 實(shí)際：如果設(shè)計(jì)壓力 接近 Pcr，外壓容器仍有可能發(fā)生失穩(wěn)破壞！ ◆ 臨界壓力計(jì)算公式是在理想條件下得到的，即認(rèn)為 圓筒截面是規(guī)則的圓形 ，實(shí)際圓筒不可能是絕對(duì)圓的，所以實(shí)際筒體的 Pcr小于計(jì)算 Pcr； 原因分析 ◆ 實(shí)踐表明，許多長(zhǎng)圓筒或管子當(dāng)壓力達(dá)到 (1/2～1/3)Pcr時(shí)，就可能被壓扁； ◆ 容器實(shí)際工作壓力有可能大于設(shè)計(jì)壓力。 筒體的不圓度與材料的不均勻性，能使其臨界壓力數(shù)值降低，使失穩(wěn)提前發(fā)生。 外壓圓筒形容器的 失穩(wěn) 破壞并不是由于筒體截面存在圓度誤差或材料不均勻引起的。因筒體失穩(wěn)時(shí)，其壓應(yīng)力并沒達(dá)到材料的屈服極限； ★ 材料彈性模量 Et↑，抗變形能力 ↑， pcr ↑ 。 臨界長(zhǎng)度 一個(gè)實(shí)際外壓圓筒，是長(zhǎng)圓筒還是短圓筒，如何判斷？ —— 根據(jù)臨界長(zhǎng)度 Lcr來判斷 短圓筒 Pcr長(zhǎng)圓筒 Pcr L↑ 封頭支撐作用 ↓ 短圓筒 Pcr↓ 同厚同徑 L=Lcr 封頭支撐作用完全消失 短圓筒 Pcr=長(zhǎng)圓筒 Pcr 即有： ? ? 0030 //DLDEDEcretet ?? ?????????eoocrDDL??則得 臨界長(zhǎng)度 計(jì)算公式： crL短圓筒 長(zhǎng)圓筒 L L ＞ cr L 屬長(zhǎng)圓筒 ＜ cr L 屬短圓筒 影響圓筒臨界壓力的因素 （ 1）筒體幾何尺寸的影響 ? ? 00//DLDEp etcr??短圓筒： ★ L/D0 同， δe/D0 ↑，抗彎能力 ↑， Pcr ↑ ★ δe/D0 同， L/D0 ↓， Pcr ↑→長(zhǎng)圓筒 Pcr＜短圓筒 思考 ：如何在不改變圓筒長(zhǎng)度的條件下，將長(zhǎng)圓筒變?yōu)槎虉A筒？ ★ δe/D0 、 L/D0同，有加強(qiáng)圈者 Pcr高。 ? ? 00//DLDEp etcr??剛性筒 若筒體較短，筒壁較厚，即 L/D0較小， δe/D0較大，容器剛性好， 不會(huì)因失穩(wěn)而破壞 ，這種圓筒稱為剛性筒。 臨界壓力計(jì)算式： ? ? 00//DLDEP etcr??L－筒體的 計(jì)算長(zhǎng)度 ，該長(zhǎng)度不是一般意義上的長(zhǎng)度，即 圓筒兩相鄰剛性構(gòu)件（剛性支撐 ,如封頭、法蘭、加強(qiáng)圈等）之間的最大距離 。 Et－操作溫度下材料彈性模量， MPa μ－材料的泊松比 30212??????????DEp etcr??由上式可見：長(zhǎng)圓筒的臨界壓力只與圓筒的 相對(duì)厚度 δe/D0 有關(guān)，而與圓筒的 相對(duì)長(zhǎng)度 L/D0無關(guān)。長(zhǎng)圓筒最容易壓扁，壓扁時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)波形，即扁圓形。 臨界壓力 Pcr 臨界應(yīng)力 ζcr 工程上根據(jù)失穩(wěn)破壞情況，將外壓圓筒分為 長(zhǎng)圓筒 、 短圓筒 和 剛性筒 三類。 三、臨界壓力計(jì)算 筒體失穩(wěn)時(shí)所承受的外壓，稱為 臨界壓力 。 p 軸向失穩(wěn) 外壓容器的軸向失穩(wěn)由 軸向壓應(yīng)力 引起，失穩(wěn)后其經(jīng)線由原來的直線變?yōu)椴ㄐ尉€，而橫斷面仍為圓形。 側(cè)向失穩(wěn) 外壓容器的側(cè)向失穩(wěn)由 均勻側(cè)向外壓 引起。 失穩(wěn)前 失穩(wěn)時(shí) 單純壓應(yīng)力 ζ2 ζ1 以 彎曲應(yīng)力 為主的附加應(yīng)力 突然變形 外壓容器失穩(wěn)，在性質(zhì)上與 受壓細(xì)長(zhǎng)桿 失穩(wěn)相似，實(shí)際上也是容器從一種平衡狀態(tài)向另一種平衡狀態(tài)突變。 外壓容器的失穩(wěn) 失穩(wěn)后的外壓容器 容器發(fā)生失穩(wěn)時(shí)，筒壁內(nèi)的壓縮應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的屈服極限。 經(jīng)向應(yīng)力 壓應(yīng)力 外壓薄壁容器的應(yīng)力 如果壓應(yīng)力 ζ2 超過材料的 ζs或 ζb時(shí)，會(huì)不會(huì)發(fā)生強(qiáng)度破壞？ —— 極少發(fā)生 ！ 外壓容器，當(dāng)外壓載荷增大到某一值時(shí)，筒體會(huì)突然失去原來的形狀，被 壓扁 或出現(xiàn) 波形 ，載荷卸去后，筒體不能恢復(fù)原狀，這種現(xiàn)象稱為外壓容器的 彈性失穩(wěn) 。 一、外壓容器失穩(wěn) 外部壓力大于內(nèi)部壓力的容器稱為 外壓容器 。 作 業(yè) 習(xí)題： P224 4， 8 外壓圓筒設(shè)計(jì) 教學(xué)重點(diǎn) （ 1）失穩(wěn)和臨界壓力的概念； （ 2）影響臨界壓力的因素； （ 3）外壓容器的圖算法設(shè)計(jì)。取 φ=。 P=。 解： 已知內(nèi)徑 Di=1600mm， δn=16mm。 【 例 105】 乙烯貯罐，內(nèi)徑 1600mm，壁厚 16mm， 設(shè)計(jì)壓力 為 ，工作溫度－ 35℃ ，材料為 16MnR 。 工作壓力 為 ，工作溫度 450℃ ，試用 20R和 16MnR兩種材料分別設(shè)計(jì)反應(yīng)器的厚度，并作分析比較。 查表 1010， 取 C1= 則 δd+C1=+=，圓整后取 δn=13mm 。 φ=。 因裝安全閥，取設(shè)計(jì)壓力 P= =。 解： 已知 Di=1600mm。工作溫度為 5℃ ～ 105℃ ，工作壓力為 ，釜體材料用0Crl8Ni9。 （ 4）根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、容器內(nèi)徑，用公式確定容器的計(jì)算厚度 δ。 （ 7）計(jì)算 δd+ C1，并向上圓整（鋼板厚度 630時(shí)，厚度間隔為 1mm， 3060時(shí)厚度間隔 2mm），最后得到筒體的名義厚度 δn，也就是圖樣上標(biāo)注的厚度。 （ 5）根據(jù)計(jì)算厚度 δ和腐蝕裕量 C2,確定容器筒體的設(shè)計(jì)厚度 δd。 【 已知條件 】 圓筒內(nèi)徑 Di、設(shè)計(jì)壓力（或計(jì)算壓力）、設(shè)計(jì)溫度（工作溫度）、容器介質(zhì)腐蝕性 【 內(nèi)壓薄壁容器壁厚設(shè)計(jì)步驟 】 （ 2）根據(jù)選用的材料及設(shè)計(jì)溫度，查表確定材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 [ζ]t。 根據(jù)式 (1012) （ 3）厚度計(jì)算 解： （ 4）校核水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力 16MnR的屈服極限 ζs=345MPa（附表 6） = 345 = 248MPa 水壓試驗(yàn)時(shí)滿足強(qiáng)度要求。 （ 2）確定參數(shù)： 式中 p=； Di=600mm； [ζ]=170MPa；φ=（表 109）； C2= mm 。工藝要求為塔體內(nèi)徑 Di=600mm；設(shè)計(jì)壓力p＝ ；工作溫度 t＝ 3～ 20℃ 。但 對(duì)于脆性材料，必須考慮邊緣應(yīng)力的影響 。 當(dāng)邊緣應(yīng)力達(dá)到材料 屈服極限 時(shí) ，邊緣處局部材料發(fā)生屈服 ， 邊緣應(yīng)力不再升高 ， 即 自動(dòng)受到限制 。 組合殼 邊緣應(yīng)力的概念 由于連接處兩邊自由變形量不同，組合殼在聯(lián)接處（邊緣部分）產(chǎn)生附加的局部應(yīng)力，稱 邊緣應(yīng)力 。 目的 液壓試驗(yàn) 氣壓試驗(yàn) 氣密性試驗(yàn) 壓力試驗(yàn)的種類 檢驗(yàn)?zāi)蛪簭?qiáng)度 檢驗(yàn)密封性 液壓試驗(yàn) 氣壓試驗(yàn) tT pp ][][???tT pp ][][???試驗(yàn)壓力 [?]/[?]t大于 ，按 ； 如果容器各元件 (圓筒、封頭、接管、法蘭及緊固件等 )所用材料不同時(shí)，應(yīng)取各元件材料的比值中最小者。 ? 限定最小厚度以滿足剛度和穩(wěn)定性要求。 表 1010 鋼板負(fù)偏差 ① 腐蝕速度 ≤／ a(包括大氣腐蝕 ) ： 單面腐蝕 C2＝ 1mm 雙面腐蝕 C2＝ 2mm ② 腐蝕速度＞ ／ a時(shí)： 單面腐蝕取 C2＝ 2mm 雙面腐蝕取 C2＝ 4mm 碳素鋼和低合金鋼 不銹鋼 C2＝ 0 七、最小厚度 ? 設(shè)計(jì)壓力較低的容器，計(jì)算出來的厚度很薄。 C1 鋼板厚度負(fù)偏差 C2 腐蝕裕量 負(fù)偏差 2 鋼板厚度 1 負(fù)偏差 5260 4250 3640 3234 2630 825 67 鋼板厚度 腐蝕裕量 C2根據(jù) 腐蝕速度 和容器的 設(shè)計(jì)壽命 確定。 厚度附加量 滿足強(qiáng)度要求的 計(jì)算厚度 之外，額外增加的厚度，包括鋼板 (鋼管 )負(fù)偏差 C腐蝕裕量 C2 即 C＝ C1十 C2 按表 1010選取 當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于 ，且不超過名義厚度的 6%時(shí)，負(fù)偏差可以忽略不計(jì)。 焊接接頭系數(shù) 考慮到焊接對(duì)強(qiáng)度的削弱而降低設(shè)計(jì)許用應(yīng)力的系數(shù)，根據(jù)接頭形式及無損檢測(cè)長(zhǎng)度比例確定。 持久極限 蠕變極限 強(qiáng)度極限 屈服極限 極限應(yīng)力 安全系數(shù) 常溫容器 中溫容器 高溫容器 ? ?? = m in {bbn?,? ?ssn?? } ? ? t? = m i n { ? ?sttsbtbnn, ??? } ? ? t? = m in { ? ?DtDntnsttsnnn????, } 當(dāng)設(shè)計(jì)溫度高于 200℃ 時(shí)，鋼材的強(qiáng)度明顯下降；當(dāng)設(shè)計(jì)溫度低于 0℃ 時(shí)，取 20℃ 時(shí)的許用應(yīng)力。 ☆不同部位出現(xiàn)不同溫度，分別計(jì)算。 ☆不被加熱或冷卻的壁，取筒內(nèi)介質(zhì)最高或最低溫度。 設(shè)計(jì)溫度 設(shè)計(jì)溫度在設(shè)計(jì)公式中沒有直接反映，但對(duì)選擇材料和確定 許用應(yīng)力 有直接影響。 計(jì)算壓力 指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定殼體各部位厚度的壓力。 設(shè)計(jì)壓力 指 設(shè)定 的容器頂部的最高壓力，其值不低于工作壓力。 最大允許工作壓力計(jì)算公式 ? ? ? ?eietw Dp ?????? 2強(qiáng)度校核公式（強(qiáng)度條件） ? ? ? ? ????? teeict Dp ???2厚度計(jì)算公式 五、球殼強(qiáng)度計(jì)算 設(shè)計(jì)溫度下球殼的計(jì)算厚度 設(shè)計(jì)溫度下球殼的強(qiáng)度校核公式 ? ? ? ? ????? teeict Dp ???4? ? pDptic?????4tpD ][421 ???? ???有了計(jì)算厚度