3.6 外压容器稳定性设计

测验

学习小结：

外压容器公式比较多，只要求大家掌握基本原理，不要求记住公式。但是对于外压容器设计图算法需要重点掌握，考试时能根据提供的A、B曲线进行外压容器壁厚的计算。还需要掌握提高外压容器抗失稳能力的措施。

经典问题：

1、什么是容器的稳定性和临界压力？内压容器是否存在稳定问题？

答：容器在压应力作用下，形状突然发生改变而产生瘪塌的失效形式称为失去稳定。其器壁受力由原先的薄膜应力状态突变为弯曲应力状态。容器被压瘪时的最小外压力称为临界压力。薄壁容器只要壁中存在压缩应力，就有失稳的可能。外压容器存在稳定问题，内压容器也可能存在稳定问题。承受内压的长短轴之比为2的标准椭圆封头，因其过渡区存在周向薄膜压缩应力，故也有稳定的问题，对封头的最小有效厚度加以限制就是出于这一考虑。

2、容器失稳有哪此类型？其特点如何？

答：容器失稳分为周向失衡和径(轴)向失稳两种：周向失稳是因容器周向压缩薄膜应力所引起。径向失衡是由容器轴向压缩薄膜应力所造成。容器周向失衡时，其横截面由圆形变成波形。容器径向失稳时，其横截面仍为圆形，但其径线由原直线变为波形线。容器按照失稳范围大小，可分为整体失稳和局部失稳，通常外压容器的压瘪属于整体失稳，而内压作用下的椭圆封头的过渡区失稳属于局部失稳。两者之不同，是因压应力存在范围不同所致。

3、什么是弹性失稳和非弹性失稳？用高强度钢代替低强度钢可否提高容器的弹性稳定性？

答：失稳时，器壁中的薄膜压缩应力小于材料的比例极限，应力与应变符合虎克定律时，称为弹性失稳。由于此时失稳临界压力与材料的屈服限无关，仅与弹性模数E及泊松比μ有关。因各种钢材的E及μ差别不大，故以高强度钢代替低强度钢对提高容器的弹性稳定性几乎无效。若失稳时器壁中的压缩应力不于材料的比例极限，应力与应变呈非线性关系数，则称非弹性失稳。非弹性失稳时的临界压力与材料屈服限有关。此时采用高强度钢代替低强度钢则可提高容器的稳定性。

4、外压长圆筒与短圆筒有什么区别？在外压圆筒设计中为什么广泛采用加强圈？

答：计算长度大于临界长度的圆筒为长圆筒。长圆筒的两端边界或封头对其中间部分起不到加强支撑作用，其临界压力与筒体长度无关，圆筒失稳时，横截面由圆形变成波形，波数等于2。计算长度小于临界长度的圆筒为短圆筒。短圆筒两端边界或封头对其中间部分可起加强支撑作用，其临界压力与筒体长度成反比。失稳时，圆筒横截面旦波形，波形数大于3。相同直径和壁厚的长圆筒与短圆筒，后者的临界压力高于前者。即将长圆筒变成短圆筒可提高其临界压力。外压圆筒上设置加强圈，即是为了变长圆筒为短圆筒或缩短圆筒的计算长度，目的均为提高圆筒的稳定性。该法较直接增加圆筒厚度节省材料，约可减轻重量1/3。对不锈钢圆筒，通过在外部设置碳钢加强圈则更为经济。此外，加强圈尚可减少大直径薄壁容器的形状缺陷的影响，提高结构的可靠性。