Oblicz naprężenie obwodowe i wzdłużne lub wymaganą grubość ścianki cienkościennych zbiorników ciśnieniowych cylindrycznych i kulistych, z opcją ASME.
Wybierz geometrię i to, czy rozwiązać dla naprężenia (przy danej grubości) czy grubości (przy danym naprężeniu dopuszczalnym).
O tym narzędziu
Kalkulator naprężeń cienkościennego zbiornika ciśnieniowego wyznacza naprężenia membranowe w zbiorniku cylindrycznym lub kulistym pod ciśnieniem wewnętrznym lub działa wstecz do grubości ścianki wymaganej przez wybrane naprężenie dopuszczalne. Podaj ciśnienie wewnętrzne, średnicę wewnętrzną i grubość ścianki dla trybu naprężenia lub ciśnienie, średnicę, naprężenie dopuszczalne i sprawność złącza dla trybu grubości. Ciśnienie można podać w MPa, bar lub psi, a wymiary w mm lub calach; wszystko jest obliczane lokalnie w Twojej przeglądarce.
Dla cienkościennego walca (stosunek średnicy do grubości powyżej około 20) naprężenie obwodowe to σ_h = p·r / t, a naprężenie wzdłużne to jego połowa, σ_l = p·r / 2t, gdzie r to promień wewnętrzny, a t grubość ścianki. Dla kuli naprężenie membranowe to p·r / 2t w każdym kierunku. Rozwiązanie dla wymaganej grubości daje t = p·r / (S·E) dla walca lub t = p·r / (2·S·E) dla kuli, gdzie S to naprężenie dopuszczalne, a E sprawność złącza spawanego. Narzędzie podaje też minimum w stylu ASME, t = p·r / (S·E − 0,6p) dla walca, które uwzględnia ciśnienie działające na promień średni, a nie wewnętrzny. Jeśli stosunek średnicy do grubości spadnie poniżej 20, sygnalizuje, że założenie cienkiej ścianki już nie obowiązuje i potrzebna jest analiza grubościenna (Lamégo).
Jako przykład: walec o średnicy wewnętrznej 500 mm i ściance 6 mm pod ciśnieniem wewnętrznym 2 MPa ma naprężenie obwodowe 2 × 250 / 6 ≈ 83,3 MPa i naprężenie wzdłużne około 41,7 MPa, ze stosunkiem średnicy do grubości 83 — spokojnie cienkościenny. Te wzory obejmują tylko zachowanie membranowe (z dala od den, króćców i podpór); lokalne zginanie w miejscach nieciągłości wymaga dodatkowej analizy.
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest naprężenie obwodowe wobec wzdłużnego?
Naprężenie obwodowe działa wokół obwodu i próbuje rozerwać walec wzdłuż jego długości; równa się p·r/t. Naprężenie wzdłużne działa wzdłuż osi i równa się p·r/2t — dokładnie połowie naprężenia obwodowego. Dlatego rura pod ciśnieniem pęka wzdłużnie, w bardziej naprężonym kierunku obwodowym.
Kiedy założenie cienkiej ścianki jest ważne?
Wzory membranowe dla cienkiej ścianki są dokładne, gdy średnica wewnętrzna jest ponad około 20 razy większa od grubości ścianki, tak że naprężenie jest niemal jednorodne przez ściankę. Poniżej tego stosunku naprężenie promieniowe i zmienność przez grubość mają znaczenie i należy zamiast tego użyć analizy grubościennej Lamégo.
Co oznacza sprawność złącza?
Sprawność złącza E uwzględnia, że spoiny są słabsze od blachy macierzystej. Wynosi od około 0,7 dla spoin bez badań radiograficznych do 1,0 dla spoin w pełni prześwietlonych. Wymagana grubość jest dzielona przez E, więc niższa sprawność wymaga grubszej ścianki dla tego samego ciśnienia i naprężenia dopuszczalnego.
Dlaczego grubość ASME różni się od prostej?
Prosty wzór używa promienia wewnętrznego; wzór ASME t = p·r/(S·E − 0,6p) koryguje ciśnienie działające przez ściankę, tak że naprężenie odnosi się bliżej promienia średniego. Przy niskich ciśnieniach obie prawie się pokrywają, ale wartość ASME jest nieco większa w miarę wzrostu ciśnienia w kierunku naprężenia dopuszczalnego.