外压圆筒屈曲(失稳)时所承受的最小外压称为该圆筒的临界压力,以Pcr表示,临界压力是表征外压圆筒抵杭失稳能力的重要参数,当筒体厚度增大时,筒壁中的压应力超过材料屈服极限才发生失稳,这种失稳称为弹塑性失稳或非弹性失稳。
外压容器的失稳分为整体失稳和局部失稳。整体失稳按其受力方式又分为周向失稳和轴向失稳。圆筒由于受均匀径向外压引起的失稳叫做周向失稳,周向失稳时壳体横断面由原来的圆形被压瘪成波形,其波数可为2、3、4…,如图6-2所示。
如果薄壁压力容器承受轴向外压,当载荷达到某数值时,也能丧失稳定性,但在失去稳定时,圆筒仍然具有圆形的环截面,但母线产生了波形,即圆筒发生了褶皱,这种失稳形式称为轴向失稳。局部失稳一般发生在容器支座或其他支承处,在安装运输过程中由于过大的局部外压也可能引起局部失稳;另外,某些内压容器若存在较大的局部压应力也可能发生局部失稳,如椭圆形封头的过波区。
受侧向均布外压力作用的薄壁圆筒,在达到临界压力时,在其周向将产生几个波形为半个波,轴向半波远大于周向半波,较少的波数相应于最小的临界压力。对于给定尺寸的圆筒,波数主要决定于圆筒端部的约束条件和这些约束之问的距离。在一定的周边约束条件下,临界压力除与圆筒材料的弹性模量、泊松比有关外,主要和圆筒长度(确切地说应该是端部约束之间的距离)与直径之比、壁厚与直径的比有关。所谓圆筒端部的约束是指两端封头或加强圈等构件对圆筒部分的支持作用。