石河子大学：《化工机械设备基础》课程教学资源（PPT课件）第13章 外压圆筒与封头的设计

第13章外压圆筒与封头的设计概述13.113.2临界压力13.3外压圆筒的工程设计13.4外压球壳与凸形封头的设计13.5外压圆简加强圈的设计5返回上一内容下一内容回主日录2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 第13章 外压圆筒与封头的设计 13.1 概述 13.2 临界压力 13.3 外压圆筒的工程设计 13.5 外压圆筒加强圈的设计 13.4 外压球壳与凸形封头的设计

第五章外压圆筒与封头的设计本章重点：临界压力及外压圆简的工程设计方法本章难点：临界压力计划学时：6学时5返回回主目录一上一内容下一内容2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 第五章 外压圆筒与封头的设计 本章重点：临界压力及外压圆筒的工程设计方法 本章难点：临界压力 计划学时：6学时

5.1概述5.1.1外压容器的失稳1、外压容器的定义壳体外部压力大于壳体内部压力的容器均称为外压容器2、外压薄壁容器的受力对于薄壁壳体来讲，内压薄壁圆筒受的是拉应力即m=pD/4S，o0=pD/2S。而外压薄壁圆简所受的是压应力，这种压缩应力的数值与内压容器相同只是改变了应力的方向，然而，正是由于方向的改变，使得外压容器失效形式与内压不同。5返回上一内容下一内容口主目录2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 5.1概述 5.1.1外压容器的失稳 1、外压容器的定义 壳体外部压力大于壳体内部压力的容器均称为 外压容器。 2、外压薄壁容器的受力 对于薄壁壳体来讲，内压薄壁圆筒受的是拉应力 ，即σm=pD/4S，σθ=pD/2S。而外压薄壁圆筒所受的 是压应力，这种压缩应力的数值与内压容器相同， 只是改变了应力的方向，然而，正是由于方向的改 变，使得外压容器失效形式与内压不同

5.1概述外压容器很少因为强度不足发生破坏，常常是因为刚度不足而发生失稳。下面我们来看看失稳的定义03、失稳及其实质失稳：承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一数值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸除后，壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳体的失稳（Instability）5.1.2容器失稳型式的分类1、按受力方向分为侧向失稳与轴向失稳5返回今回主目录上一内容下一内容2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 5.1概述 外压容器很少因为强度不足发生破坏，常常是因为 刚度不足而发生失稳。下面我们来看看失稳的定义 。 3、失稳及其实质 失稳：承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到 某一数值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或 出现波纹，载荷卸除后，壳体不能恢复原状，这种现 象称为外压壳体的失稳（Instability）。 5.1.2容器失稳型式的分类 1、按受力方向分为侧向失稳与轴向失稳

5.1概述容器由均匀侧向外压引起的失稳，叫侧向失稳特点是失稳时，壳体横断面由原来的圆形变为波形，波数可以是两个、三个、四个.，如图所示图5-1、外压阅简侧向失稳后的形状2、按压应力作用范围分为整体失稳与局部失稳5返回上一内容下一内容回主目录2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 5.1概述 容器由均匀侧向外压引起的失稳，叫侧向失稳， 特点是失稳时，壳体横断面由原来的圆形变为波形， 波数可以是两个、三个、四个.，如图所示 2、按压应力作用范围分为整体失稳与局部失稳

5.2临界压力5.2.1临界压力的概念临界压力：导致筒体失稳的压力。以pcr表示。5.2.2影响临界压力的因素1、简体几何尺寸的影响主要考虑筒体的L/D和S/D。2、简体材料性能的影响圆简失稳时，在绝大多数情况下，筒简壁内的压应力并没有达到材料的屈服点（是弹性失稳）故这种情况失稳与材料的屈服点无关，只与材料的弹性模数E和泊松比μ有关。材料的弹性模数E和泊松比u越大，其抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力也就越高。5返回一上一内容今回主目录一下一内容2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 5.2临界压力 5.2.1临界压力的概念 临界压力：导致筒体失稳的压力。以pcr表示。 5.2.2影响临界压力的因素 1、筒体几何尺寸的影响 主要考虑筒体的L/D和S/D。 2、筒体材料性能的影响 圆筒失稳时，在绝大多数情况下，筒壁内的压 应力并没有达到材料的屈服点（是弹性失稳） 。 故这种情况失稳与材料的屈服点无关，只与材料的 弹性模数E和泊松比μ有关。材料的弹性模数E和泊 松比μ越大，其抵抗变形的能力就越强，因而其临 界压力也就越高

5.2临界压力但是，由于各种钢材的E和u值相差不大，所以选用高强度钢代替一般碳素钢制造并不能提高筒体的临界压力。3、筒体椭圆度和材料不均匀性的影响（1）、稳定性的破坏并不是由于壳体存在椭圆度或材料不均匀而引起的。无论壳体的形状多么精确，材料多么均匀，当外压力达到一定数值时也会失稳。（2）、但是壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，使失稳提前发生。5返回一内容下一内容回主日录上2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 5.2临界压力 但是，由于各种钢材的E和μ值相差不大，所以选用高 强度钢代替一般碳素钢制造并不能提高筒体的临界压 力。 3、筒体椭圆度和材料不均匀性的影响 （1）、稳定性的破坏并不是由于壳体存在椭圆度或 材料不均匀而引起的。无论壳体的形状多么精确，材 料多么均匀，当外压力达到一定数值时也会失稳。 （2）、但是壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其 临界压力的数值降低，使失稳提前发生

5.2临界压力5.2.3长圆筒、短圆筒、钢性圆筒的定性描述临界压力相对几何尺寸两端边界影响失稳波形数长圆筒忽略只与Se/DL/D较大2有关，与L/D.无关与Se/D.有短圆筒L/D较小显著大于2的关，与整数L/D.有关刚性圆L/D较小不失稳筒Se/D.较大5返回今回主目录上一内容下一内容2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 5.2临界压力 5.2.3长圆筒、短圆筒、钢性圆筒的定性描述 相对几何尺寸 两端边界影响 临界压力 失稳波形数 长圆筒 L/D0较大 忽略 只与Se/D0 有关，与 L/D0无关 2 短圆筒 L/D0较小 显著 与Se/D0有 关，与 L/D0有关 大于2的 整数 刚性圆 筒 L/D0较小 Se /D0较大 不失稳

5.2临界压力5.2.4临界压力的理论计算公式1、长圆筒2、短圆筒3、刚性圆筒刚性圆筒不存在弹性失稳而破坏的问题，只需校核其强度是否足够。其强度校核公式与计算内压圆简的公式一样，只是式中的许用应力采用材料的压缩许用应力。5返回上一内容下一内容回主目录2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 5.2临界压力 5.2.4临界压力的理论计算公式 1、长圆筒 2、短圆筒 3、刚性圆筒 刚性圆筒不存在弹性失稳而破坏的问题，只需校核 其强度是否足够。其强度校核公式与计算内压圆筒的 公式一样，只是式中的许用应力采用材料的压缩许用 应力

5.2临界压力1.钢制长圆商长圆简的临界压力可由圆环的临界压力公式推得，即：2E(S)per二iD式中per—临界压力，MPaS。一简体的有效壁厚，mm；D。简体的外直径，mmP-—材料的泊桑比;E—设计温度下材料的弹性模数，MPa。对于锅制圆简，μ一0.3，则上式可以写成：Per 2. 2E(5-1)从上面的长圆简临界压力计算中，我们可以看到：长圆简的临界压力仅与圆简的材料和圆简的壁厚与直径之比S。/D。有关，而与圆简的长径比L/D。无关。由这一临界压力引起的临界应力为：c'=1.3 (S. / D.)15=1. 1E(),应变:Pe.D.crALI Do2.5.D。5返回一上一内容今回主目录下一内容2025/6/10

上一内容 下一内容 回主目录 返回 2025/6/10 5.2临界压力 1.5 / ( / ) 1.3 / e O O S D L D 应变： ＝