外壓容器設(shè)計(jì)課件

2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology1主要內(nèi)容：外壓圓筒圖算法原理外壓封頭的計(jì)算真空容器加強(qiáng)圈的計(jì)算例題第四節(jié)外壓容器的設(shè)計(jì)2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology2

關(guān)于外壓容器臨界壓力計(jì)算圓筒的類型；不同類型圓筒的臨界壓力計(jì)算公式不同。解析法求解需用應(yīng)力，首先假設(shè)名義壁厚，計(jì)算臨界長(zhǎng)度，判斷長(zhǎng)、短圓筒，然后再進(jìn)行計(jì)算臨界壓力，與設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行比較，是一個(gè)非常復(fù)雜的試算過程。彈性范圍內(nèi)。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology3為了避免解析法設(shè)計(jì)的不足，各國(guó)均推薦采用圖算法。圖算法是工程設(shè)計(jì)中常用的方法，它適用于彈性及彈塑性失穩(wěn)設(shè)計(jì)。圖解法是以勃萊斯公式和拉默公式為基礎(chǔ)的。1外壓圓筒圖算法原理2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology4（1）臨界壓力計(jì)算2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology5（2）臨界應(yīng)力計(jì)算2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology6為了避開E值，其在塑性狀態(tài)下為變值。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology7臨界應(yīng)變與材料的E沒有關(guān)系，僅是筒體幾何尺寸的函數(shù)；建立的臨界壓應(yīng)變與L/Do，Do/Se的函數(shù)關(guān)系，是以于勃萊斯公式和拉默公式為基礎(chǔ)的。因此，只適用于僅存在周向應(yīng)力、不存在軸向應(yīng)力的情況。一旦建立了圖形，則適用于不同的材料。如果在彈性范圍內(nèi)，就可用公式（5）（6），計(jì)算，否則需要查圖計(jì)算。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology82023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology9②計(jì)算圖的繪制

繪制關(guān)系圖注意：曲線圖中的D用外徑D0

代替。橫坐標(biāo)用字母A代替。S0以代替。

圖3-1外壓或軸向受壓圓筒和管子幾何參數(shù)計(jì)算圖（用于所有材料）

2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology10鋼制長(zhǎng)圓筒，在圖上是垂直于橫坐標(biāo)的直線部分。鋼制短圓筒：對(duì)應(yīng)不同參數(shù)，ε不同。反映出米賽斯或拉默公式的適用范圍，是一條斜線。本圖與材料的E值無關(guān)。鋼材取μ＝0.3，普遍使用。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology11求解出臨界應(yīng)變后，可以通過材料的拉伸曲線求解臨界應(yīng)力。（3）許用外壓的確定，此為外壓計(jì)算的目的。

工程實(shí)際中：①長(zhǎng)圓筒或者管子存在橢圓度，一般壓力達(dá)到1/3~1/2臨界壓力就會(huì)被壓癟；②在操作時(shí)由于操作條件的破壞，殼體實(shí)際承受的壓力會(huì)比計(jì)算的壓力大。

m值根據(jù)我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)定取為3.0。

2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology122023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology132023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology142023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology152封頭的穩(wěn)定性計(jì)算

（1）外壓球殼2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology162023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology172023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology18（2）外壓凸形封頭

外壓凸形封頭的穩(wěn)定性計(jì)算與球殼相同，所考慮的僅是如何確定計(jì)算中涉及到的球殼半徑R?！竦畏忸^，僅球冠部分為壓應(yīng)力，因此以球冠的內(nèi)半徑作為計(jì)算半徑Ri；●橢圓形封頭，取當(dāng)量計(jì)算半徑Ri=KDi，其中標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭為K=0.9。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology19（3）外壓錐形封頭

1、對(duì)于

60

的外壓錐形封頭，按承受外壓的等效圓柱形筒體計(jì)算。

2、

>60

的外壓錐形封頭按平板封頭計(jì)算。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology203真空容器加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)

2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology21將長(zhǎng)圓筒轉(zhuǎn)化為短圓筒，或者減少短圓筒的計(jì)算長(zhǎng)度，目的是提高臨界壓力，有效地減少壁厚，提高穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)主要是確定加強(qiáng)圈的間距、截面尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。間距就是保證必須將其轉(zhuǎn)換為短圓筒，注意增加加強(qiáng)圈后的計(jì)算長(zhǎng)度的計(jì)算；2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology22裝有加強(qiáng)圈的筒體，受外壓作用時(shí)，作用在加強(qiáng)圈兩側(cè)各L/2的外壓力由何物承擔(dān)？2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology23整個(gè)筒體和型鋼制作的加強(qiáng)圈同時(shí)承擔(dān)？筒體不承擔(dān)，只有加強(qiáng)圈承擔(dān)？壓力是由筒體的有效段與加強(qiáng)圈所組成的具有組合截面的剛性環(huán)承擔(dān)？

GB150采用的第三種。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology24①

加強(qiáng)圈可采用扁鋼、角鋼、工字鋼或其它型鋼等材料供應(yīng)方便且型鋼具有較大的截面慣性矩。②

加強(qiáng)圈可設(shè)置在容器的內(nèi)部或外部，并應(yīng)環(huán)繞容器整個(gè)圓周。③

加強(qiáng)圈和殼體的連接必須足夠緊密，以保證加強(qiáng)圈和殼體一起承載，加強(qiáng)圈和殼體之間可采用連續(xù)焊或間斷焊。當(dāng)加強(qiáng)圈設(shè)置在筒體外時(shí)，焊縫長(zhǎng)度不小于1/2周長(zhǎng)，設(shè)置在筒內(nèi)時(shí)，焊縫總長(zhǎng)度不少于1/3周長(zhǎng)。

（1）加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology25④

為保證筒體和加強(qiáng)圈的穩(wěn)定性，加強(qiáng)圈不得被任意削弱或割斷。因安裝或設(shè)備結(jié)構(gòu)需要割斷時(shí)，其弧長(zhǎng)應(yīng)不小于相關(guān)規(guī)定數(shù)值。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology262023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology272023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology28（2）加強(qiáng)圈所需最小截面慣性矩的計(jì)算

2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology29I的含義為：為使在設(shè)計(jì)壓力P的作用下圓環(huán)不失穩(wěn)，該圓環(huán)截面所必需具有的最小軸慣性矩。求解上式時(shí)必須知道材料的E值，而E值只能在證明在純彈性狀態(tài)下失穩(wěn)時(shí)，才能從手冊(cè)中查取。解決的辦法，采用圖算法。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology302023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology31

由于引入了A，則可以根據(jù)B-A曲線求取A，而B可以根據(jù)計(jì)算壓力，圓筒外徑和預(yù)先假設(shè)的型鋼尺寸求取。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology322023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology33（3）加強(qiáng)圈實(shí)際提供的截面慣性矩的計(jì)算

2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology342023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology352023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology362023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology37

有關(guān)此方面的設(shè)計(jì)，有興趣的同學(xué)請(qǐng)參閱文獻(xiàn)：壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)，董大勤主編，465-475。對(duì)此有進(jìn)一步的討論。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology38例題

2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology392023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology402023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology412023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology422023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology432023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology442023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology452023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology46172023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology472023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofsci