圆筒组合载荷失稳应力分析 课件.ppt

* * 其他失稳举例： 在较大区域内存在压缩薄膜应力的壳体，也有可能产生失稳，例如： 塔受风载时，迎风侧产生拉应力，而背风侧产生压缩应力，当压缩应力达到临界值时，塔就丧失稳定性。 * 讨论题 1、是否只有在外压作用下，压力容器才会失稳？试举例说明。 2、工程上采取哪些措施，可以提高圆柱形容器的抗失稳能力？ * 习题 * 作 业: 13,14,15,16,17 * * 第二章 压力容器应力分析 第五节 壳体的稳定性分析 CHAPTER Ⅱ STRESS ANALYSIS OF PRESSURE VESSELS * 2.5.1 概述 2.5.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析 主要内容 2.5.3 其他回转薄壳的临界压力 * 2.5.1 概述 一、失稳现象 2、承受外压壳体失效形式： 强度不足而发生压缩屈服失效 保持原有平衡形态不足而发生失稳破坏（讨论重点） 1、外压容器举例 （1）真空操作容器、减压精馏塔的外壳 （2）用于加热或冷却的夹套容器的内层壳体 * 3、失稳现象： ◆承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸去后，壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳体的屈曲（buckling）或失稳（instability）。 图2-48 圆筒失稳时出现的波纹 * 4、失稳类型： 弹性失稳 t与D比很小的薄壁回转壳，失稳时，器壁的压缩应力通常底于材料的比例极限（对于有明显屈服点的材料，为屈服强度），称为弹性失稳。 弹塑性失稳 （非弹性失稳） 当回转壳体厚度增大时，壳体中的应力超过材料屈服点才发生失稳，这种失稳称为弹塑性失稳或非弹性失稳。 * 受外压形式： p p p a b c 本节讨论：受周向均匀外压薄壁回转壳体的弹性失稳问题 * 二、临界压力 1、临界压力 壳体失稳时所承受的相应压力，称为临界压力，用Pcr表示。 2、失稳现象 外载荷达到某一临界值，发生径向挠曲，并迅速增加， 沿周向出现压扁或波纹。 ----使外压容器失稳的最小外压力 临界压力是表征外压容器抗失稳能力的重要参数 * （1）材料的E、μ （2）圆筒的形状偏差 （3）结构尺寸D、t、L L---圆筒的计算长度 L取圆筒上相邻两个刚性构件（封头、加强圈等）间筒体长度的最大值 ●　筒体上无加强圈时： L=筒体长度+凸形封头直边长度+凸形封头曲面高度/3 ●　筒体上有加强圈时： L取加强圈与加强圈、筒体封头与加强圈之间长度的 最大值 影响外压圆筒临界压力的主要因素 * 2.5.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析 基于以下假设： ①圆柱壳厚度t与半径D相比 是小量， 位移w与厚度t相 比是小量 ②失稳时圆柱壳体的应力仍 处于弹性范围。 目的 求 、 、 理论 理想圆柱壳小挠度理论 线性平衡方程 和挠曲微分方程； * 工程中，在采用小挠度理论分析基础上，引进稳定性安全系数 m ， 限定外压壳体安全运行的载荷。 该理论的局限 （1）壳体失稳的本质是几何非线性的问题 （2）经历成型、焊接、焊后热处理的实际圆筒，存在各种 初始缺陷，如几何形状偏差、材料性能不均匀等 （3）受载不可能完全对称 小挠度线性分析会与实验结果不吻合。 * 外压圆筒的稳定条件 m—稳定性安全系数，圆筒m=3 * 外压圆筒分成三类： 长圆筒 L/Do和Do/t较大时，其中间部分将不受两端约束或刚性构件的支承作用，壳体刚性较差，失稳时呈现两个波纹，n=2。 短圆筒 L/Do和Do/t较小时，壳体两端的约束或刚性构件对圆柱壳的支持作用较为明显，壳体刚性较大，失稳时呈现两个以上波纹，n＞2。 刚性圆筒 L/Do和Do/t很小时，壳体的刚性很大，此时圆柱壳体的失效形式已经不是失稳，而是压缩强度破坏。 * 一、受均布周向外压的长圆筒的临界压力 二、受均布周向外压的短圆筒的临界压力 三、临界长度 四、周向外压及轴向载荷联合作用下的失稳 五、形状缺陷对圆筒稳定性的影响 * 一、受均布周向外压的长圆筒的临界压力 通过推导圆环临界压力，变换周向抗弯刚度，即可倒出长圆筒的 1、圆环的挠曲微分方程 b、圆环的力矩平衡方程式: (2-86) （模型见2-39） a、圆环的挠度曲线微分方程式:(2-82) c、圆环的挠曲微分方程式(2-87) * * c、圆环的挠曲微分方程式： 圆环失稳时的临界压力 ： d、仅受周向均布外压的长圆筒临界压力计算公式： （2-90） 圆筒抗弯刚度 代替EJ 长圆筒临界压力： 长圆筒临界应力： （2-92） （2-93） 长圆筒的临界压力计