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外压容器的稳定性

   2020-10-14 和平2364
核心提示:外压容器是指容器的外部压力大于内部压力的容器。在石油、化工、军事领域中很多设备承受外压,如真空操作的蒸馏塔、冷凝器,带有夹套的反应釜,潜艇壳体等。

外压容器是指容器的外部压力大于内部压力的容器。在石油、化工、军事领域中很多设备承受外压,如真空操作的蒸馏塔、冷凝器,带有夹套的反应釜,潜艇壳体等。

以典型的圆筒体为例,当圆筒承受外压时,类似于受内压作用圆筒,也将在筒壁上产生径向和周向应力,在内压下筒壁上产生径向和周向应力均是拉仲应力,在外压下筒壁上产生径向和周向应力则均是压缩应力,同样可采用薄膜理论计算。对薄壁圆筒而言,受压缩载荷有三种情况:一是轴向受均匀压缩载荷(外压P引起的);其次是受侧向的均布外压力P;第三种是在侧向和轴向同时受均布外压力的作用(外压P引起的)。理论分析表明第三种情况中的轴向外压力对圆筒失稳的影响不大,在工程设计中,可按照第二种情况考虑。

在压缩应力下,压力容器有两种可能的失效模式:一是容器壳体有足够的厚度时,压缩应力超过材料的极限强度,发生塑性压缩变形及破坏,这仍属于强度范畴;二是壳体壁厚较薄时,当缩应力达到某一数值时(很多情况下,壳壁的压应力远小于筒体材料的屈服强度),壳体会产生突然的挠曲(也称为屈曲),被压瘪或发生褶皱,筒壁的圆环截而一瞬间变成了波形,如图6-1及图6-2所示。在外压作用下,当壳壁内的压应力远小于筒体材料的屈服极限时,筒体突然失去原有形状的现象称为弹性失稳。筒体发生弹性失稳将使其不能维持正常操作,造成容器失效,失稳是外压容器失效的主要形式,因此保证筒体的稳定是维持外压容器正常工作的必要条件。失稳前,筒壁内的周向应力为均匀分布的薄膜应力。在失稳后伴随着突然的变形,在筒壁内产生以弯曲应力为主的复杂附加应力,发生弯曲变形。

 
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