化工设备设计基础 第9章 外压薄壁圆筒与封头的强度设计.ppt

1、第九章外压薄膜圆柱和封头设计，第一节概述第二节临界压力第三节外压圆柱的工程设计第四节外压球形壳体和凸封头的设计第五节加强元设计，第一节概述，外压容器的不稳定性2，集装箱不稳定性类型分类，第一节，外压容器的不稳定性，外压容器：外壳外压大于外压的应力特性：容器暴露于外压时的筒壁失败类型：强度破坏(很少发生)；不稳定的破坏(主要故障形式):外部压力圆柱壁的压缩应力远低于材料的屈服点时，筒壁突然瘪或起皱，瞬间失去了原始形状。弹性不稳定性：筒体在外部压力下突然失去了原来的形状，应力也从不稳定前压缩应力转变为以弯曲应力为主的复杂附加应力。2，集装箱不稳定分类，1 .侧不稳定容器由均匀侧外压力引起的不稳定性

2、称为侧不稳定，侧不稳定时壳横截面原圆挤压，表示波形。2，集装箱不稳定类型分类，1 .侧不稳定性，2，集装箱不稳定性类型分类，2。轴向不稳定性，3 .部分不稳定性，轴向外压力下薄壁圆柱引起的不稳定性。不稳定后，仍保留环形环截面，但破坏母线的直线性，母线产生波形。也就是说，圆柱体有褶皱。支撑或其他支撑和安装运输过程中由于局部外部压力过大而导致的容器局部不稳定性。双节临界压力，1，临界压力2，影响临界压力的因素3，外部压力圆柱的分类4，临界压力的理论计算公式5，临界长度，1，临界压力消除后，壳体可以恢复为原始形状。当外部压力达到阈值时，桶的形状永久变形，原始稳定性将丢失。引起料管不稳定性的压力称为料

3、管的临界压力，以Pcr表示。筒体在临界压力下存在于筒体壁上的压力应力称为临界压力应力，用Cr表示。二是影响临界压力的因素，1 .筒体几何尺寸实验表明，影响筒体临界压力的几何尺寸主要有筒体长度L、筒体壁厚S和筒体直径D，当长度L牙齿恒定时，S/D越大，圆柱的临界压力越高。圆柱体的S/D相同，圆柱体越短，临界压力越高。如果桶的S/D和L/D值相同，则有加强环，因此桶的临界压力很高。计算长度：两个固定构件(例如法兰、收头、管板和加强板)之间的距离。对于与刀头关联的筒体，计算长度必须包含在凸头三分之一凸头高度中。2，影响临界压力的因素，2 .影响筒体材料性能的筒体临界压力与材料的强度没有直接关系。材料

4、的杨氏模量E和泊松比值越大，抵抗变形的能力越强，临界压力也越高。注意钢的E和值的差别不大。使用高强度钢代替普通碳钢制造外压容器不能提高筒体的临界压力。3.筒形椭圆度和材料不均匀稳定性破坏的主要原因是壳体具有椭圆度或材料不均匀。这是因为即使外壳形状正确，材料均匀，外部压力达到特定值时也会变得不稳定。如果薄壳的椭圆度和材料的不均匀性降低临界压力的数值，可能会提前发生不稳定性。负载不对称，边界条件等因素，3，外压圆柱的分类，1。长圆柱体的L/D0牙齿很大，两端的边界影响可以忽略。临界压力Pcr仅与Se/D0相关，与L/D0无关(L是圆柱的计算长度)。不稳定时波形数n=2。2.短圆柱两端的边界影响显著

5、。临界压力Pcr不仅与Se/D0相关，还与L/D0相关。桶不稳定时，波形数N是大于2的整数。3.刚性圆柱体的L/D0较小，Se/D0较大，因此刚度较好。其破坏原因是奇壁的应力超过材料的屈服点，因此不发生不稳定性。长圆柱或短圆柱需要同时进行强度计算和稳定性验证，后者更为重要。4，临界压力的理论计算公式，1 .钢长圆柱、临界压力公式、钢圆柱(=0.3)、临界应力公式、表达式中的Pcr临界压力、MPa；Et设计温度下材料的杨氏模量，MPa；Se气缸有效壁厚，mm；D0圆柱的外径，mm；材料的包皮。长圆柱的临界压力仅与圆柱的材料和圆柱的壁厚与直径之比Se/D0相关，与圆柱的大径比L/D0无关。4，临界

6、压力的理论计算公式，2 .钢短圆柱，临界压力公式，强度检查、允许的外部压力检查、材料设计温度的允许压力应力、所需=S/4；5、临界长度、1。长短圆柱的临界长度刚性圆柱没有破坏不稳定性，只需进行强度验证。强度检查公式与计算内压圆柱的公式相同。、5、临界长度、2。短硬圆柱体的临界长度，LLcr，长圆柱体LcrLLcr，短圆柱体；LLcr，刚性圆柱体。第3节外部压力圆柱的工程设计，1，设计准则2，外部压力圆柱壁厚设计的图算法3，外部压力容器的测试压力，1，设计准则，1球形壳体，椭圆和圆盘头m=15。2.设计准则要求设计压力PP接近P。然后确定的筒壁厚度是满足外部压力稳定性的合理要求。2，外部压力圆柱

7、壁厚设计的图算法，1。图的衍生临界压力下，气缸壁生成的环形应力Cr和变形为，临界压力下，长圆柱和短圆柱内的应变，例如，长圆柱应变，短圆柱应变，2，2 L之间的关系，壁厚和直径确定的桶(即，)横坐标，L/D0作为纵坐标，可以得到D0/Se值桶与其他L/D0的关系图，在图中由系数A代替(见教材P211图113)。2，外压圆柱壁厚设计的图算法，1。图形的衍生垂直线段(相当于长圆柱)和斜线(较短圆柱)。曲线拐点所表示的长度是圆柱体的长、短圆柱体临界长度。使用牙齿曲线，可以快速确定尺寸已知的外部压力圆柱体不稳定时桶壁的环形变形量。尺寸已知的外部压力圆柱，不稳定时的临界压力是多少？为了确保安全运营，允许的

8、业务外压力是什么？、2、外压气缸壁厚度设计的图算法，1。计算图的由来是找出不稳定的环形边和允许操作外压力的关系曲线，以不稳定时的环形边为媒介，允许圆柱的尺寸(D0，Se，L)与允许外压力直接通过，2，外部压力气缸壁厚设计的图算法，1。图的由来、牙齿曲线集使您可以轻松快速地找到相应的系数B并获得P。比较时，E是常数、直线(与比例限制之前的变形情况相同)。在大的情况下(相当于超出比较限制后的变形情况)，E值大幅减少，不再是常数，曲线。由于每种说明材料的比率限制和屈服点不同，因此有一系列AB图形。2，图算法外压圆筒壁厚设计，2 .外部压力圆柱和管壁厚度图算法D0/Se20(薄壁)圆柱和管假设Sn，S

9、e=Sn-C，比率L/D0和D0/Se；在图113的左侧找到L/D0值，水平向右移动，与D0/Se线相交(对中间值使用插值方法)，对L/D050使用L/D0=50，对L/D00.05使用L/。通过牙齿交点垂直向下移动，在图下方获得系数A。、2、外部压力圆柱壁厚设计图算法、2。根据外部压力圆柱和管道壁厚图算法D0/Se20(薄壁)圆柱和管道使用的材质，图11-411-9选择A的值在设计温度下下降到材料善意的右侧，垂直向上移动，越过牙齿点，在设计温度下与材料线相交(如果中间温度值使用插值)，水平向右移动，通过牙齿交点，在图的右侧获取系数b，允许的外部压力p为如果a值在设计温度下落在材料善意左侧，则

10、弹性不稳定性很明显。、2、外部压力圆柱壁厚设计图算法、2。外部压力圆柱和管壁厚度图算法D0/Se20(厚壁)圆柱和管D0/Se20的相同步骤，但是对于D0/Se4.0中的圆柱和细管，必须按如下方式计算A值：系数A0.1采用A=0.1。使用结果系数B计算P1和p2(如下所示)，然后较小地计算比较P和P的圆柱的允许外部压力。对于PP，再次假定Sn并重复上述步骤，直到P大于P且接近P为止。，夹具也要用1.25p进行耐压实验，试验夹具时，要提前检查容器的稳定性是否足够。如果容器在牙齿夹具测试压力下不满足稳定性要求，则在进行夹具测试时必须在集装箱内部保持一定的压力，以确保在整个测试过程中桶壁的外部和内压

11、不超过设计值。夹具集装箱内筒(例如，设计压力为正值时，根据内压力容器测试压力)。设计压力为负时，根据外部压力容器进行液压实验。、典型范例已知设计外部压力p=0.2MPa，如果a值在设计温度下位于材料善意右侧，则垂直向上移动越过牙齿点，与设计温度下的材料线相交(对中间温度值使用插值方法)，水平向右移动越过牙齿交点，从图右侧获取系数b，如果允许的外部压力p: a值在设计温度下位于材料善意左侧，则计算允许的外部压力p:如下所示注意计算过程中未折叠的球形头和碟形头：Ro球体部分内径；椭圆头为Ro=KDo，K为系数，标准椭圆头为K=0.9。，2.加强环的结构加强圈必须有足够的刚度，通常使用扁钢、角钢、I型钢或其他钢。因为钢截面的惯性矩大，刚度好。，3，b值使用、图11-411-9将系数a值反向计算如果图形没有交点，则a值计算如下：加强环和