學習筆記，有誤請指正

外壓加強圈，有人認為加強圈能提供的慣性矩越大越好，動輒用反置角鋼，其實這是一種浪費。

事實上，在加強圈本身的計算（GB150.3 4.5.1）能通過的情況下，用“更壯”（慣性矩更大）的加強圈無法進一步提高外壓圓筒的承載能力。并且，相同厚度、相同截面尺寸，扁鋼比T型鋼、角鋼有更大的慣性矩，具有更大的加強作用[1]。

一. 加強圈本身的穩(wěn)定性

文獻[2]式4-4，圓環(huán)臨界載荷 q_cr=3EJ/R³

而加強圈與加強圈兩側(cè)L_S/2范圍內(nèi)共同承受外載荷，p_crL_s=3EJ/R³=24EJ/D³

將周向應力S_cr=p_crD/2t_e代入，其中t_e為筒體的有效厚度t與加強圈的等效厚度A_s/L_s之和。

于是有文獻[2]的式4-20，J_cr=(tL_sD²/12)(t+A_s/L_s)(S_cr/E)

加強圈和“有效加強寬度內(nèi)的筒體”（見文獻[1]P155或GB150.3 4.5.1.1）組合能提供的慣性矩應大于上述J_cr。

二. 加強圈的貢獻

常規(guī)設計中，帶加強圈殼體外壓設計的出發(fā)點是，保證在圓筒失穩(wěn)后加強圈仍保持圓形（起支撐作用），稱之為大加強圈，與分析設計中考慮圓筒和加強圈同時失穩(wěn)的“小加強圈”設計相對[3]。

在加強圈的位置已經(jīng)確定，即外壓圓筒的計算長度L已定的情況下，加強圈本身的計算，并不會影響圓筒的外壓設計。即加強圈對提高圓筒的承載能力的貢獻，只是減小外壓計算長度，并由此提高臨界外壓，見文獻[1]式4-15。

ASME VIII-1和GB150也都是先進行殼體的外壓計算，再校核加強圈的穩(wěn)定性。

三. 加強圈的材料

ASME VIII-1 UG-29(d)規(guī)定：如果殼體和加強圈采用不同的材料，則選用可獲得較大A值的材料線算圖。GB150沒有這樣的規(guī)定，SW6則連加強圈的材料也沒法選。事實上，在選擇加強圈的材質(zhì)時，應注意其彈性模量、泊松比和焊接性。

四. 討論

在上面第一點的討論中可以發(fā)現(xiàn)，S_cr=p_crD/2t_e中的t_e=t+A_s/L_s（注意這個L_s），而校核加強圈組合的慣性矩，考慮的是“有效寬度范圍內(nèi)”（1.1*sqrt(Dt)）的筒體，而“有效寬度”小于L_s比較常見。

這點可以參考文獻[4]第8章“結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定”之第7節(jié)“加勁板受壓失穩(wěn)后的工況情況——有效寬度論”（“勁板”，原文如此）

另外，推薦文獻[5]和[6]的相關章節(jié)供參考，書網(wǎng)上都可以找到電子版。

文獻[5]： 第11章的第10節(jié)“在軸向壓力與均勻橫向壓力共同作用下圓柱形殼的屈曲”。

文獻[6]：第14章，第8節(jié)“拱和圓環(huán)的穩(wěn)定”之第3小節(jié)“圓環(huán)在均布徑向載荷作用下的穩(wěn)定”.

參考文獻：

[1] 閆雪蓮. 淺談外壓圓筒及其加強圈的設計. 應用能源技術, 2010,(5).

[2] 王志文, 蔡仁良. 化工容器設計, 第三版. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2005.

[3] 勞利建, 等. 帶小加強圈外壓圓筒設計方法的比較與討論. 壓力容器, 2016, 33(2).

[4] 丁錫洪. 結(jié)構(gòu)力學. 北京: 航空工業(yè)出版社, 1991.

[5] S.P.鐵摩辛柯, J.M. 蓋萊 著, 張福范譯. 彈性穩(wěn)定理論 (第二版).北京: 科學出版社, 1965.

[6] 朱伯欽, 等. 結(jié)構(gòu)力學 (下冊). 上海: 同濟大學出版社.1992.