Bereken tangentiële en axiale spanning, of de benodigde wanddikte, voor dunwandige cilindrische en bolvormige drukvaten, met een ASME-optie.
Kies de geometrie en of je oplost voor spanning (gegeven dikte) of dikte (gegeven toelaatbare spanning).
Over deze tool
De Dunwandig drukvat-spanningscalculator vindt de membraanspanningen in een cilindrisch of bolvormig vat onder inwendige druk, of werkt terug naar de wanddikte die een gekozen toelaatbare spanning vereist. Voer de inwendige druk, binnendiameter en wanddikte in voor de spanningsmodus, of de druk, diameter, toelaatbare spanning en lasrendement voor de diktemodus. Druk kan worden opgegeven in MPa, bar of psi en afmetingen in mm of inches; alles wordt lokaal in je browser berekend.
Voor een dunwandige cilinder (verhouding diameter-tot-dikte boven ongeveer 20) is de tangentiële spanning σ_h = p·r / t en de axiale spanning de helft daarvan, σ_l = p·r / 2t, waarbij r de binnenstraal is en t de wanddikte. Voor een bol is de membraanspanning p·r / 2t in elke richting. Oplossen naar de benodigde dikte geeft t = p·r / (S·E) voor een cilinder of t = p·r / (2·S·E) voor een bol, waarbij S de toelaatbare spanning is en E het lasrendement. De tool rapporteert ook het ASME-achtige minimum, t = p·r / (S·E − 0,6p) voor een cilinder, dat rekening houdt met de druk die op de gemiddelde in plaats van de binnenstraal werkt. Als de verhouding diameter-tot-dikte onder 20 zakt, markeert het dat de dunwandige aanname niet langer geldt en een dikwandige (Lamé) analyse nodig is.
Als uitgewerkt voorbeeld: een cilinder met een binnendiameter van 500 mm en een wand van 6 mm onder 2 MPa inwendige druk heeft een tangentiële spanning van 2 × 250 / 6 ≈ 83,3 MPa en een axiale spanning van ongeveer 41,7 MPa, met een verhouding diameter-tot-dikte van 83 — ruim dunwandig. Deze formules dekken alleen het membraangedrag (weg van uiteinden, nozzles en steunen); lokale buiging bij discontinuïteiten vereist aanvullende analyse.
Veelgestelde vragen
Wat is tangentiële spanning versus axiale spanning?
Tangentiële (omtrek)spanning werkt rondom de omtrek en probeert de cilinder over zijn lengte te splijten; die is gelijk aan p·r/t. Axiale spanning werkt langs de as en is gelijk aan p·r/2t — precies de helft van de tangentiële spanning. Daarom splijt een onder druk staande buis in de lengte, langs de hoger belaste tangentiële richting.
Wanneer is de dunwandige aanname geldig?
Dunwandige membraanformules zijn nauwkeurig wanneer de binnendiameter meer dan ongeveer 20 keer de wanddikte is, zodat de spanning bijna uniform door de wand is. Onder die verhouding zijn de radiale spanning en de variatie door de dikte van belang en moet in plaats daarvan een dikwandige Lamé-analyse worden gebruikt.
Wat betekent lasrendement?
Lasrendement E houdt rekening met lassen die zwakker zijn dan de moederplaat. Het varieert van ongeveer 0,7 voor niet-doorstraalde lassen tot 1,0 voor volledig doorstraalde naden. De benodigde dikte wordt gedeeld door E, dus een lager rendement vraagt om een dikkere wand bij dezelfde druk en toelaatbare spanning.
Waarom verschilt de ASME-dikte van de eenvoudige?
De eenvoudige formule gebruikt de binnenstraal; de ASME-formule t = p·r/(S·E − 0,6p) corrigeert voor de druk die over de wand werkt zodat de spanning dichter bij de gemiddelde straal wordt gerefereerd. Bij lage drukken komen de twee bijna overeen, maar de ASME-waarde is iets groter naarmate de druk richting de toelaatbare spanning stijgt.