外压薄壁容器失稳可视化及优化图算法设计学习教案

1、外压薄壁容器外压薄壁容器(rngq)失稳可视化及优化失稳可视化及优化图算法设计图算法设计第一页，共20页。 金属承压容器按其受力方向可分为内压容器和外压容器。内压容器的壁厚设计计算(j sun)一般按照强度条件进行设计，满足强度条件即可，不存在稳定性问题。而对于外压容器壁厚的设计应按照弹性失稳和非弹性失稳条件进行，除了满足强度条件以外还应满足稳定性条件。因而外压容器壁厚设计的复杂性显而易见。2011年, 我国在钢制化工容器设计基础标准规定中，给出了外压容器壁厚计算(j sun)的理论及方法3。 然而按此方法设计计算(j sun)，计算(j sun)步骤繁琐、工作量大。本文试图根据文献1的理论，

2、通过计算(j sun)机编程，实现外压薄壁容器弹性失稳的可视化设计。根据文献2的理论，初选壁厚再经过优选法进行试算取值，实现非弹性失稳的优化图算法设计。第二页，共20页。解析公式解析公式设计理论设计理论解析(ji x)公式来自于文献1外压容器失稳一般有弹性失稳和非弹性失稳。第三页，共20页。当容器所承受的压应力小于设计温度下材料的屈服强度(qingd)时，容器发生的失稳为弹性失稳；否则为非弹性失稳。进行外压容器弹性稳定性分析时，根据容器的计算长度L将其分为长圆筒与短圆筒。当容器的计算长度相对较长时，可以忽略容器两端封头等部件的约束作用，这样的容器叫长圆筒；否则为短圆筒1245。返回(fnhu)

3、第四页，共20页。一一二二三三四四长、短圆筒的判断(pndun)短圆筒：长、短圆筒在设计(shj)外压P下的计算壁厚 长圆筒:短圆筒：长、短圆筒的许用外压P长圆筒:短圆筒：返回(fnhu)第五页，共20页。外压薄壁容器弹性失稳的可视化设计理论基础(jch)及依据参见文献2、8。设计程序流程图,如图1所示图1 外压薄壁容器弹性(tnxng)失稳的可视化设计程序流程图第六页，共20页。图2 外压薄壁容器(rngq)弹性失稳的可视化设计操作界面第七页，共20页。外压薄壁容器弹性外压薄壁容器弹性(tnxng)失稳有效壁厚的计算失稳有效壁厚的计算 在图2的程序操作界面框中输入(shr)：Di、L、P、C

4、1、C2、E、 、A、B值，用鼠标点击计算按钮，则通过程序计算得到外压薄壁容器筒体的有效壁厚，圆整为标准值，则完成外压薄壁容器弹性失稳的可视化设计。第八页，共20页。以冷热缸内胆壁厚计算为例， 已知冷热缸的内径为2m，缸体（不包括两端椭圆形封头）长度为6m，封头深度为0.5m。操作温度为260，在真空条件(tiojin)下进行分馏，现有8、10、12、14mm厚的20g钢板，选择适宜制造这台设备的钢板。实实例例(s(shhl)l)应应用用第九页，共20页。第十页，共20页。4 4 外压薄壁容器非弹性外压薄壁容器非弹性(tnxng)(tnxng)失稳的优化图算法设计失稳的优化图算法设计外压薄壁容

5、器非弹性(tnxng)失稳的优化图算法也适用于弹性(tnxng)失稳2、6、7。基本基本(jbn)方法方法壁厚计算采用试算法，将承压条件和失稳条件作为厚度的终值判据。计算流程如框图3所示。第十一页，共20页。图3 外压薄壁容器非弹性失稳的优化图算法设计流程(lichng)框图第十二页，共20页。壁厚初值的确定(qudng)初值为壁厚的第一次计算的取值。外压薄壁容器的初始(ch sh)计算壁厚， 其中A和B分别为某一外压容器壁厚选择范围的下限和上限值。壁厚续值计算公式壁厚续值是指从第二次计算开始所计算的壁厚值，因为后一次计算公式的依据是前次的计算值，故续值计算公式采用下式。外压薄壁容器的初始计算

6、壁厚的续值， (n1,2,3,)式中 、 分别是第n1次、第n次试算所得的外压薄壁容器的计算壁厚值。结束(jish)试算控制条件由计算壁厚所得到的设计外压P与许用外压P进行比较。若PP，且接近P，所确定的计算壁厚可用。第十三页，共20页。 设计设计(shj)步骤步骤参见(cnjin)文献2的397-398页。第十四页，共20页。以冷热缸内胆壁厚计算为例， 已知冷热缸的内径为2m，缸体（不包括(boku)两端椭圆形封头）长度为6m，封头深度为0.5m。操作温度为260，在真空条件下进行分馏，现有8、10、12、14mm厚的20g钢板，选择适宜制造这台设备的钢板。实实例例(s(shhl)l)应应用

7、用第十五页，共20页。第十六页，共20页。第十七页，共20页。 本文在文献1的基础上，引入了优选法，通过编程实现了外压薄壁容器弹性失稳的可视化设计；在文献2 的基础上，利用“优选法”，实现了外压薄壁容器非弹性失稳的优化图算法设计。对于外压薄壁容器一般多为短圆筒的弹性失稳，可直接进行可视化设计。实践证明，外压薄壁容器弹性失稳的可视化设计和非弹性失稳的优化图算法设计，大大提高了工程设计效率，给设计带来诸多方便，可在教学(jio xu)和设计中应用推广。第十八页，共20页。1 陈盛秒.薄壁外压容器设计的图算法与解析公式法J .石油化工设备,2009(1):37-41.2 叶象.化工机械基础M.第二版.北京：高等教育出版社，1990：392-403.3 HG/T20580-2011,钢制化工容器设计基础规定S. 4 唐超. 外压圆筒的计算设计方法探讨J. 石油化工设备,1990, 19(1) : 32-35.5 邢锋芝. 浅谈外压圆筒的设计方法J. 天津化工, 1994（3-4）：79-82.6 任治章. 压杆稳定设计的优化方法J.力学与实践，1992，14（2）：51-53.7 刘波. 外压薄壁圆筒壁厚的优化设计J. 辽阳石