容器失稳——科普带你学习
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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。
液化气运输半挂车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。
容器失稳分为周向失稳和经(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。
经向失稳是由容器轴向压缩薄膜应力所造成。
液化气运输半挂车周向失稳时,其横截面由圆形变成波形。
容器经向失稳时,其横截面仍为圆形,但其经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。
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大于材料的比例极限,应力与应变呈非线性关系时,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。
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