許用外壓與材料強度有沒有關(guān)系？
《外壓容器設(shè)計小結(jié)》
學習筆記，有誤還請指正。
在某化工論壇上看到一個帖子，問為何常溫下許用應力較高的S30408（137MPa）外壓的計算厚度，反而要大于S31603（120MPa）？并且，查GB150.2附錄B表B.13或SW6發(fā)現(xiàn)兩者的楊氏模量一樣?
帖子下面的回復：
1.失穩(wěn)臨界壓力和材料的許用應力是沒有關(guān)系的。
2.材料的壓縮極限強度高，其抗外壓能力就越強。
這個問題怎么看，帖子下面的回復對不對，我們可以通過梳理一下GB/150.3外壓容器的設(shè)計計算過程來回答。
由GB/T150.2的圖4-2外壓應變系數(shù)A曲線可知，A值僅與筒體外徑Do，外壓計算長度L及筒體有效厚度 δe有關(guān)，與材料特性無關(guān)。
并且對于長圓筒（L>Lcr，Lcr的計算式見文獻[1]式2-98）其A值與L無關(guān)，即圖4-2中上部的垂線，而對于短圓筒，A與L成反比，即圖4-2中的斜線部分。見文獻[1]的式4-22及4-23。
而外壓應力系數(shù)B由A確定。外壓應力系數(shù)B曲線圖中，左側(cè)直線部分為彈性失穩(wěn)，右側(cè)的曲線部分為非彈性失穩(wěn)。例如，查GB/T150.2 B曲線圖可知，在205℃時，若S30408的A值大于4X10-4則為非彈性失穩(wěn)，若S31603的A值大于4.2X10-4則為非彈性失穩(wěn)。
1.厚壁圓筒
對于Do/δe<20的厚壁圓筒，任何材料的A值均大于2.6X10-2，查GB150.2圖4-3~12可以發(fā)現(xiàn)，厚壁圓筒的外壓失穩(wěn)通常為非彈性失穩(wěn)。在確定厚壁圓筒的許用外壓[P]時，應同時滿足穩(wěn)定性及強度要求，見GB150.3的式4-4。
式4-4大括號里的前一個式子，指圓筒上的周向應力，由屈服強度并引入安全系數(shù)控制，防止壓應力超過屈服強度發(fā)生失穩(wěn)。后一個式子指圓筒內(nèi)壁處的最大周向應力，由2倍許用應力或0.9倍屈服強度限制，保證強度，見文獻[2]的6.1.1.2節(jié)。所以說，厚壁圓筒的許用外壓與材料的強度是有關(guān)系的。
2.薄壁圓筒
而對于Do/δe≥20的薄壁圓筒，失穩(wěn)發(fā)生在強度破壞之前，所以只需要考慮失穩(wěn)問題。
對于薄壁圓筒的彈性失穩(wěn)，許用外壓[P]=B/(Do/δe)，而B=2/3*EA，其中E為常數(shù)，A=εr。所以，按文獻[1]的式4-22有長圓筒的[P]僅與Do、δe有關(guān)，另按式4-23有短圓筒僅與L、Do、δe有關(guān)，與材料的強度并無關(guān)系。
E為實測值，與材料的化學成分和溫度都有關(guān)系，化學成分相近、牌號不同的鋼材E還是有差異的。
對于薄壁圓筒的非彈性失穩(wěn)，也有許用外壓[P]=B/(Do/δe)，此時B雖然同樣由A確定，即B曲線圖中的非直線性部分，但兩者不成線性關(guān)系。參考文獻[3]或ASME II D可知，A-B關(guān)系圖由材料拉伸試驗所得的應力應變曲線轉(zhuǎn)化而來，于是有，若材料的屈服強度較大，同一A值對應的B值也較大，即強度較高的材料，許用外壓也較大。
3.壓縮極限
依據(jù)文獻[4]第2.5節(jié)，對于低碳鋼等塑性材料，在進行壓縮試驗時，其彈性模量和屈服極限都與拉伸試驗時大致相同。但在屈服階段以后，試樣越壓越扁，橫截面積不斷增大，試樣抗壓能力繼續(xù)增大，壓縮極限是測不到的。
另外，圓筒中的壓縮應力并不由壓縮強度控制。并且由上述外壓容器的設(shè)計過程可以發(fā)現(xiàn)，許用外壓也與壓縮極限沒有關(guān)系。
所以，認為“材料的壓縮極限強度高，其抗外壓能力就越強”，這屬于望文生義，想當然了。
4.其他
從以上的討論，我們可以發(fā)現(xiàn)，焊接接頭系數(shù)Φ與外壓容器的穩(wěn)定性無關(guān)。只在水壓試驗時的應力校核時用到。
還有一個問題，對于如下圖所示的外壓容器，如果對標準還不太熟悉，SW6計算時容易將錐殼大端筒體的長度輸錯。若斜錐殼大端處不作支撐線，且大端筒體上沒有設(shè)置加強圈，外壓計算時大端筒體長度應為下圖中的L。
[1] 鄭津洋, 等. 過程設(shè)備設(shè)計. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2010
[2] 丁伯民. ASME VIII壓力容器規(guī)范分析. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2014
[3] 周海彥. 典型國產(chǎn)材料外壓應力系數(shù)B曲線的研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學，2013
[4] 劉鴻文. 材料力學. 北京：高等教育出版社，2004