Расчет оболочек вращения.
При оценке прочности трубопроводов, полых валов, сосудов, корпусов и т.д. элементы конструкций схематизируют в форме тонкостенных оболочек вращения (рис.2.39).
При толщине стенки не свыше 0,10 минимального радиуса ее кривизны с приемлемой для практики точностью принимают, что в стенках от внешней нагрузки (давление жидкости) возникают только нормальные напряжения, постоянные по толщине.
В качестве примера обратимся к сосуду на рис. 2.39, где действует давление p.
Рис.2.39
Оболочка вращения
Двумя продольными сечениями вырежем из стенки бесконечно малый элемент с длиной граней dl. В этих сечениях действуют осевые sm и окружные (кольцевые) sq напряжения, т.е. выре-занный элемент находится в плоском напряженном состоянии.
Осевые напряжения создаются осевой силой
N= ppR2=p pD2/4@
@pDdsm,
где R - внутренний радиус сферической части сосуда; D» 2R- средний диаметр цилиндрической части сосуда; d - толщина стенки сосуда.
Из этого уравнения следует
sm= pD/(4d). (2-159)
Окружные напряжения вызываются силами dFq= sqddl, которые должны уравновешивать силу dFr, обусловленную давлением р, действующим на поверхность элемента
dFr= p dl2.
Составим уравнение равновесия, проецируя силы dFq и dFr на направление радиуса в середине элемента 2 dFqsin(dq/2)- dFr= 0
или
2sqddlsin(dq/2)= pdl2.
Так как dl= Rdq и sin(dq/2)» dq/2, то
sq= pR/d= pD/(2d). (2-160)
Поэтому продольные сварные швы в сосудах оказываются более прочными, чем окружные.
Примечание:
1.В сосудах с продольными сварными швами толщину стенки и допустимое давление рекомендуют [2] рассчитывать посредством соотношений
d= pD/(2jp[s]- p)+ c; [p]= 2jp[s](d- c)/(D+ d - c)
где jp- коэффициент прочности сварного шва; с- прибавка, учитывающая коррозионное, технологическое утонения и отицательный допуск.
Диаметральная деформация от внутреннего давления будет
DD= pD2(1- c/2)/(4Ed).
Эти формулы справедливы при выполнении неравенств (d- с)/D£0,3 для D£ 200мм и (d- с)/D£0,1- для D³ 200мм. Причем значения допустимых напряжений рассчитывают с помощью следующих выражений:
а) для проката из углеродистых и легированных сталей
при Т£ 400;450°С- [s]=(sв20/2,6; s0,2t/1,5);
при Т³ 400;450°С- [s]=(s0,2t/1,5; s /1,5; s ).
Здесь более высокая температура указана для легированных сталей.
В сосудах всегда имеются крышки, эллиптические, торосферические, плоские… . Наиболее просто рассчитываются плоские крышки и днища:
d1R = KKoDR{p/ (j[s])}1/2; [p]= [(d1- c)/(KKoDR)]2j[s],
где DR - расчетный диаметр; K=0,38…0,53- коэффициент, зависящий от конструкции; Ko - коэффициент ослабления (при одном отверстии Ko=[1-d/DR+ +(d/DR)2]1/2.
Расчет остальных крышек производится специальным образом.
2. При гидроиспытаниях теплообменных аппаратов их дефомацию и потребное количество воды можно определить следующим образом. Пусть имеется сосуд с размерами bx hx l и толщиной стенки t , находящийся под давлением Р. Изменение объема металла составит
DVмет = å (¶ V/ ¶xi ) Dxi= bhDl+ blDh+ hbDb.
Для цилиндрической бочки c начальным объемом V0=pR02l
DVмет= p(2R0lDR+ R20Dl).
Для куба будет
DVмет= 3l2Dl.
Так как напряжение в стенке куба будет s= Pl20/ (4l0t)= Pl0/ (4t)
изменение длины Dl= l0s/ E= Pl20/ (4Et), то изменение объема куба
DVмет= 3Рl2 l20/ (4Et)= 0,75Pl40/(Et).
Увеличение объема цилиндрической бочки можно определить из выражения
DVмет=pR30 l(tE)-1P(1,25- c /8).
Изменение объема жидкости из-за ее сжимаемости составит
DVмет= V0жР/Bж,
где Bж = 2*103МПа- модуль упругости жидкости (воды).
Тогда дополнительный объем жидкости, необходимый для создания давления в баке, должен быть
для цилиндрической бочки
V=pR30 l(tE)-1P(1,25- c/8)+ pR20 l/Bж= PpR20 l[R0(tE)-1(1,25- c/8)+B-1ж];
для куба
DV= DVмет+ DVж= 0,75Pl40/(Et)+ V0жР/Bж= PV0[0,75l0/(Et)+ B-1ж]
Откуда время работы насоса c производительностью Q после заполнения емкости без давления составит T= DV/Q. [сек]
Дата добавления: 2015-02-23; просмотров: 737;