外压容器是指工作时内压小于外压的压力容器。真空容器和海洋开发用的潜水器外壳等,都属于这类容器。外压容器的失效机制与内压容器不同。当内外压差达到一定值时,容器就会因丧失稳定性突然失去其几何形状而出现皱曲,这一现象称为失稳,失稳时的这一压差值称为失稳临界压力。不同形式的容器以及不同形式的载荷所引起的失稳后的几何形状是不同的。外压失稳可以在应力水平大大低于材料屈服强度的情况下失效,而不是材料强度破坏失效。研究压力容器稳定性的目的在于确定容器的临界载荷以改进加强措施,提高结构的抗失稳能力。
圆筒形容器失稳后出现不同的波形,长圆筒呈现两个波,短圆筒则会出现两个以上的波形。失稳的临界压力取决于材料的弹性模量﹑泊松比和圆筒的直径﹑长度和壁厚。在其它参数相同的情况下,圆筒越短则临界压力越高。因此,工程上常常在壳体上设置刚性圈,减少每段筒节的长度,以提高临界压力。由于稳定性计算比较烦琐,工程设计时大多用标准规范中的图算法来确定许用外压。但对于有较大开孔接管、承受非均匀载荷的圆筒无法按照现有的标准规范进行稳定性校核。有限元失稳分析提供了一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和失稳模态形状的技术。本文将讨论有限元失稳分析的方法及其可靠性,并介绍以ANSYS有限元分析为基础开发的设备大开孔稳定性分析系统软件的理论依据。