外压容器的失效方式分析

外压容器的失效方式有两种：一种是在容器厚度足够时，若压缩应力超过材料的极限强度，容器发生塑性压缩变形或破坏，这是因材料强度不足而导致的破坏，属于强度问题。另一种是在容器厚度很薄的情况下，当外压力达到某一值时，容器会发生突然的翘曲，此时壳体中的压缩应力还未达到材料的屈服极限，这是因容器刚度不足而导致丧失稳定性。

外压容器的受压方向有三种：一是容器侧面受压，即当容器所承受的横向外压达到某极限值时，容器横断面会突然失去原来的圆形，被压扁或出现有规则的波纹，此种现象称为外压容器的周向失稳，如图4-1所示；二是容器轴向受压，即当容器所承受的轴向外压或轴向均布载荷达到某极限值时，容器的轴向截面会突然形成有规则的波纹，则称为容器的轴向失稳，如图4-2所示，其中图4-2a是一种非对称形式，图4-2b是一种对称形式，仅在很短的圆筒式或在内压和轴向压缩同时作用下出现；三是容器侧面和轴向同时受压。从理论上分析，第三种情况中的轴向受压对容器的失稳影响不大，可按第二种情况考虑。

图4-1 圆筒周向受压失稳

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图4-2 圆筒轴向或联合受压失稳

a）非对称形式 b）对称形式

外压容器的设计应包括强度计算及稳定性校核两方面的内容。外压容器强度计算的公式与内压容器相同，只是应力的符号相反，即外压在器壁中产生压缩应力。

对于圆筒的壁厚t与直径D的比值t/D≤1/20的薄壁外压容器，失稳破坏往往在强度破坏前发生，即失稳时的器壁应力低于材料的强度极限，所以稳定性计算是薄壁外压容器设计中主要考虑的问题。