在壓力容器設(shè)計(jì)中，除受內(nèi)壓容器外，還有不少承受外壓的容器，如真空儲(chǔ)罐、減壓蒸餾塔及帶有夾套加熱或冷卻的反應(yīng)釜。當(dāng)夾套中介質(zhì)的壓力高于容器內(nèi)介質(zhì)壓力時(shí)，也構(gòu)成外壓容器。對(duì)于外壓容器，在既定直徑和材料的前提下，增加圓筒厚度δ或減小圓筒計(jì)算長度L均可提高其臨界壓力pcr值。但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，減小L往往比增加δ更為有利，減小圓筒計(jì)算長度的方法是在圓筒外部或內(nèi)部設(shè)置剛性加強(qiáng)圈。按GB 150-89《鋼制壓力容器》進(jìn)行加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)先假定加強(qiáng)圈截面尺寸，然后反復(fù)試算，直至Is＞I，且較接近為止。2個(gè)百分點(diǎn)，是近7年來的低水平，連續(xù)19個(gè)周處在50%的榮枯線以下，汽車加強(qiáng)環(huán)*后橋加強(qiáng)圈*環(huán)形沖壓件行業(yè)整體形勢依舊嚴(yán)峻。這種方法需反復(fù)試算，使用不便，筆者通過對(duì)矩形截面加強(qiáng)圈計(jì)算公式的推導(dǎo)，得出了一種快速簡捷的計(jì)算方法。

1 組合慣性矩

矩形截面加強(qiáng)圈是常用的一種加強(qiáng)圈，它與殼體有效段組合截面見圖1。根據(jù)文獻(xiàn)［4］，以x-x為組合截面中性軸，則組合慣性矩為：

Is=I0 As(z0 δe/2-a)2 I0′ As′a2

式中，I0=he3be/12,為加強(qiáng)圈慣性矩，mm4；I0′=lδe3/12，為圓筒起加強(qiáng)作用部分的慣性矩，mm4；As′=lδe，為圓筒起加強(qiáng)作用部分(組合段)的面積，mm2；12個(gè)國內(nèi)汽車加強(qiáng)環(huán)*后橋加強(qiáng)圈*環(huán)形沖壓件消費(fèi)進(jìn)入淡季，在出口和內(nèi)銷均表現(xiàn)低迷的情況下，鋼廠經(jīng)營更加困難，現(xiàn)金流愈發(fā)緊張，廠內(nèi)庫存較高，虧損程度加深。As=hebe，為加強(qiáng)圈有效截面積，mm2；he為加強(qiáng)圈截面有效高度，be為加強(qiáng)圈有效厚度，δe為殼體的有效厚度，z0=he/2，為形心軸矩，a為組合截面的形心軸矩，l′=1.10

為加強(qiáng)圈兩側(cè)筒體有效段寬度之和，以上單位均為mm。若加強(qiáng)圈中心線兩側(cè)殼體的有效段寬度相重疊，則該殼體的有效段寬度中相重疊部分每側(cè)按一半計(jì)算。

圖1 加強(qiáng)圈與殼體有效段組合截面

2 組合截面形心軸矩

將I0、z0及I0′代入式(2)，可得：

為便于計(jì)算，對(duì)上式進(jìn)行適當(dāng)簡化，略去在Is計(jì)算中影響較小的項(xiàng)，he δe≈he，同時(shí)略去lδe3/12一項(xiàng)，則：

上述簡化在工程設(shè)計(jì)中是安全的。因?yàn)锳s以及As′均為正數(shù)，所以(As As′)/2≥

(僅當(dāng)As=As′時(shí)取等號(hào))，即(As As′)2≥4AsAs′。故:

把式(5)代入式(4)得：

Is≤behe3/12 As′he2/16 Ashe2/16 (6)

把As代入式(6)，化簡得：

7he3be 3As′he2≥48Is (7)

3 加強(qiáng)圈與殼體組合段所需慣性矩

考慮每個(gè)加強(qiáng)圈兩側(cè)各承受Ls/2范圍內(nèi)的外壓pcr， 則每個(gè)加強(qiáng)圈所承受的載荷Pcr=pcrLs。式中Ls為加強(qiáng)圈間距，mm。按圓環(huán)的失穩(wěn)公式計(jì)算承受臨界載荷Pcr的加強(qiáng)圈所需慣性矩［2］：

(8)

我國國家標(biāo)準(zhǔn)采用文獻(xiàn)［2］中式(5-1)計(jì)算圓環(huán)臨界壓力，相應(yīng)地對(duì)于和圓筒相連在一起的加強(qiáng)圈，取穩(wěn)定性安全系數(shù)m=3。兩掛壁小車之間要留出一定的間距、三角架找正安裝平直后點(diǎn)焊牢固，小車移動(dòng)時(shí)采用牽引繩拖動(dòng)、牽引繩必須系掛在小車上部，受力點(diǎn)偏上能防軌?？紤]到加強(qiáng)圈和筒體相連的間斷焊，可能削弱或割斷等因素而增加10%的慣性矩裕量，故在設(shè)計(jì)外壓p=［p］=pcr/3時(shí)，所需要的

加強(qiáng)圈慣性矩為： (9)

上式算得的I就是按穩(wěn)定性要求所需的小慣性矩，該式適用于彈性穩(wěn)定問題。應(yīng)用上式時(shí)，應(yīng)力應(yīng)控制在彈性范圍，工程上可近似用屈服強(qiáng)度來限制，即mσ=3σ≤σst。一般工程設(shè)計(jì)均能滿足這一要求。

對(duì)于裝在厚度為δe的圓筒上，初定截面積為As的加強(qiáng)圈，可將其厚度看作δE=δe As/Ls，所以應(yīng)力控制范圍為：

mσ=3pD0/［z(δe As/Ls)］≤σst (10)

4 計(jì)算實(shí)例

根據(jù)文獻(xiàn)［1］，加強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)應(yīng)使實(shí)際組合慣性矩大于加強(qiáng)圈與殼體組合段所需慣性矩，即：

Is＞I (11)

將he視為已知量，把式(11)代入式(7)，可以得到：

be＞(48I-3As′he2)/(7he3) (12)

利用上式即可一次求出矩形加強(qiáng)圈截面尺寸。下面以文［3］05頁例題為例進(jìn)行說明。已知p=0.1 MPa, D0=2 420 mm, L=Ls=2 400 mm,t=150 ℃,σst=210 MPa,E=2.05×105 MPa,由式(9)得加強(qiáng)圈與殼體組合段所需的慣性矩I=2.3×106 mm4。另As′=1 224 mm2，取h=90 mm,由式(12)得b=15.8 mm≈16 mm。文獻(xiàn)［2］對(duì)加強(qiáng)圈每側(cè)加腐蝕裕度1 mm，則加強(qiáng)圈截面尺寸為90 mm×18 mm。按式(10)進(jìn)行應(yīng)力校核：mσ=41.85 MPa＜σst=210 MPa，計(jì)算結(jié)果與文［3］完全一致。鋼鐵制造商認(rèn)為這一決定是豁免可能性較高一個(gè)積極跡象，同時(shí)對(duì)于同樣決定是否適于建筑和家電器鋼鐵產(chǎn)品保持謹(jǐn)慎。

5 結(jié)語

加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)計(jì)算是外壓容器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容，利用文中公式可一次確定矩形加強(qiáng)圈的截面尺寸，無需反復(fù)計(jì)算，安全可靠，已在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中多次采用，具有廣泛的使用價(jià)值。

   對(duì)汽車加強(qiáng)圈這樣一個(gè)成熟的基礎(chǔ)行業(yè)來說，龐大的收入體量、眾多的從業(yè)人員及足夠長的產(chǎn)業(yè)鏈，意味著行業(yè)數(shù)據(jù)繁多而復(fù)雜。在日常研究中，迷失于各種數(shù)據(jù)中而難以快速并正確地做出決策，很常見。其實(shí)，研究是一個(gè)深入淺出、大道至簡的過程，我們無限地去探索紛繁的細(xì)節(jié)，只是為了能夠抽象出有限的一般規(guī)律，將復(fù)雜問題簡單化，以直觀的方式來指導(dǎo)投資、創(chuàng)造價(jià)值。本系列報(bào)告正是基于此，力圖通過簡潔的文字、不長的篇幅，解答曾困擾很多人的問題。濟(jì)南章丘市協(xié)進(jìn)機(jī)械設(shè)備有限公司坐落在素有“鐵匠之稱”的山東省章丘市，南鄰膠濟(jì)鐵路，北依青銀高速，S242省路貫穿南北，交通貨運(yùn)十分便利。

現(xiàn)在回過頭來看，過去5年是中國汽車加強(qiáng)圈行業(yè)走向的5年。鋼價(jià)自2011年年初創(chuàng)下新高后，一路下跌，目前已只有高點(diǎn)時(shí)35%。在這期間，曾有多次看好行業(yè)反彈或反轉(zhuǎn)的市場觀點(diǎn)出現(xiàn)，其重要理由就是供給收縮。事實(shí)的確如此，根據(jù)中聯(lián)鋼的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全國有效粗鋼產(chǎn)能增速在過去幾年中不斷下滑，2014年已經(jīng)降至1.4%而公布的汽車加強(qiáng)圈行業(yè)固定資產(chǎn)投資額不斷負(fù)增長的事實(shí)也說明，當(dāng)前我國汽車加強(qiáng)圈行業(yè)供給層面已基本停滯增長。3、安全閥安全閥類的作用是防止管路或裝置中的介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值，從而達(dá)到安全保護(hù)的目的。

 小貼士：定做汽車加強(qiáng)圈|高質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)汽車加強(qiáng)環(huán)|品質(zhì)保證信息由列表網(wǎng)發(fā)布，其真實(shí)性及合法性由發(fā)布人負(fù)責(zé)。列表網(wǎng)僅引用以供用戶參考。詳情請(qǐng)閱讀列表網(wǎng)免責(zé)條款。