23 fakty na temat stresu promieniowego: kompletny przewodnik dla początkujących

W tym artykule omówimy różne fakty związane ze stresem radialnym.

Ciśnienie wewnętrzne i ciśnienie zewnętrzne ściskają naczynie ciśnieniowe promieniowo, w wyniku czego powstają naprężenia ściskające zwane naprężeniami promieniowymi, przy czym powszechnie stosowana konwencja znaku traktuje naprężenia ściskające jako ujemne. Naprężenie promieniowe jest reprezentowane przez σ_r

Wszystkie trzy główne naprężenia (obręcz, osiowe i promieniowe) działające na zbiornik ciśnieniowy są wzajemnie prostopadłe do siebie. Spośród wszystkich trzech naprężeń σ_r działa w kierunku promienia walca lub kuli.

Co to jest naprężenie promieniowe?

Naciski działają w różnych kierunkach na obiekt cylindryczny lub sferyczny, które są nazywane naprężeniami osiowymi, promieniowymi i stycznymi.

Naprężenia promieniowe można sformułować jako funkcję ciśnienia wewnętrznego i ciśnienia otoczenia oraz promienia wewnętrznego i zewnętrznego zbiornika ciśnieniowego. Na wewnętrznej powierzchni cylindra σ_r jest równe ciśnieniu wewnętrznemu.

Na zewnątrz jest takie samo jak ciśnienie zewnętrzne (14 psi lub 0.1 MPa). Przez grubość cylindra zmienia się on niemal liniowo pomiędzy tymi wartościami. Jeśli weźmiemy pod uwagę cylindryczny płyn przenoszący rurę, różne rodzaje obciążeń, takie jak obciążenia wagowe (masa rury, masa płynu itp.), ciśnienia (konstrukcja wewnętrzna i zewnętrzna oraz ciśnienie robocze), zmiany temperatury, obciążenia sporadyczne (siła ślimakowa, siła udarowa) tworzyć naprężenia w systemie rurociągów.

Obciążenia te próbują odkształcić rurę, a wskutek efektu bezwładności rura wytworzy pewną wewnętrzną siłę oporu w postaci naprężeń.

Co to jest naprężenie promieniowe w zbiorniku ciśnieniowym?

Naprężenia promieniowe działają różnie na naczynie ciśnieniowe w zależności od jego grubości ścianki i kształtu naczynia.

Jeśli na wewnętrzną powierzchnię cylindra wystąpi ciśnienie, wówczas maksymalne naprężenia powstaną na wewnętrznej powierzchni, a jeśli zewnętrzna powierzchnia zostanie poddana sile nacisku, maksymalne naprężenia będą działały na zewnętrzną powierzchnię.

Zbiorniki ciśnieniowe to duże pojemniki specjalnie zaprojektowane do przechowywania cieczy i gazów, ciśnienie wewnętrzne zawsze różni się od ciśnienia zewnętrznego, ciśnienie wewnętrzne zbiornika ciśnieniowego jest zwykle utrzymywane po wyższej stronie. Naturalnym przykładem naczyń ciśnieniowych są organizmy komórkowe i tętnice naszego ciała.

Zbiorniki ciśnieniowe zawierające próżnię są utrzymywane przy niższym ciśnieniu wewnętrznym niż atmosfera.

Ogólnie dla naczynia ciśnieniowego możemy założyć, że użyty materiał jest izotropowy, odkształcenia spowodowane ciśnieniami są małe, a grubość ścianki naczynia jest znacznie mniejsza niż promień zewnętrzny i wewnętrzny pojemnika. Puszki aerozolowe, zbiorniki do nurkowania i duże pojemniki przemysłowe, kotły itp. to przykłady zbiorników ciśnieniowych.

Co to jest naprężenie promieniowe w rurociągach?

Naprężenia promieniowe w rurociągach wynikają z wewnętrznego ciśnienia wewnątrz rury wytworzonego przez płyn lub gaz.

Naprężenie promieniowe działa w rurociągach w postaci naprężenia normalnego i działa równolegle do promienia rury. Wartość mieści się w zakresie wewnętrznego ciśnienia obliczeniowego i ciśnienia atmosferycznego działającego odpowiednio na powierzchnię wewnętrzną i zewnętrzną. The σ_r która jest rozwinięta prostopadle do powierzchni jest dana przez σ_r=-str.

W porównaniu do innych naprężeń normalnych działających w rurociągach wartość σ_r jest znacznie mniejsza, z tego powodu naprężenia wzdłużne i naprężenia obwodowe są brane pod uwagę tylko do celów projektowania rur. σ_r jest generalnie ignorowany.

Jak obliczyć naprężenie promieniowe w rurze?

Naprężenie promieniowe to normalne naprężenie występujące w ściance rury, działające w kierunku równoległym do promienia rury.

σ_r działa w rurociągach w postaci naprężenia normalnego i działa równolegle do promienia rury. Wartość mieści się w zakresie wewnętrznego ciśnienia obliczeniowego i ciśnienia atmosferycznego działającego odpowiednio na powierzchnię wewnętrzną i zewnętrzną.

Rozważmy σ_r w rurze ciśnieniowej przekrój ścianki rury charakteryzuje się promieniem wewnętrznym i zewnętrznym.

σ_r=-P_int

σ^r=-P_amb

Znak minus wynika ze ściskającego charakteru naprężeń.

W dowolnym miejscu wewnątrz ścianki rury siły powodują ściskanie, któremu przeciwdziała materiał ścianki rury.

Wartość naprężenie ściskające na całej grubości ścianki rury wyrażenie na rozkład naprężeń wewnątrz ścianki rury wyraża twierdzenie Lame’a.

Wyrażenie dla

Wyrażenie zawiera wiele stałych wartości, takich jak r_o, r_i, Str._i, Str._o tylko promień (r) jest tylko zmienną.

Innymi słowy 

Naprężenie promieniowe jest zmniejszane z wartości ciśnienia wewnętrznego do wartości ciśnienia zewnętrznego.

Maksymalna σ_r jest po prostu wartością ciśnienia wewnętrznego rury

σ _rmaks=p_int

Formuła naprężenia promieniowego

Normalne naprężenie, które działa w kierunku lub od centralnej osi cylindra, jest znane jako naprężenie promieniowe.

Zestaw równań znanych jako równania Lamesa służy do obliczania naprężeń działających na zbiornik ciśnieniowy. W przypadku rury σ_r waha się między ciśnieniem wewnętrznym a ciśnieniem otoczenia.

σ_r=AB/r²

σ_θ=A+B/r²

Gdzie, A i B są stałą całkowania i można je rozwiązać, stosując warunki brzegowe.

A „r” to promień, który może być promieniem wewnętrznym lub zewnętrznym.

Wzór naprężenia promieniowego dla grubego cylindra

Naczynie ciśnieniowe uważa się za grube, gdy D/t< 20, gdzie „D” jest średnicą naczynia, a „t” jest grubością ścianki.

W przypadku grubego cylindra, działające naprężenia to głównie naprężenie obręczy lub naprężenie obwodowe i naprężenie promieniowe. Ze względu na ciśnienie wewnętrzne działające wewnątrz naczynia, w wewnętrznej ścianie naczynia, wzdłuż promienia naczynia, powstają pewne naprężenia, które są znane jako naprężenia promieniowe.

Równanie Lame'a służy do ilościowego określenia naprężeń działających na gruby cylinder. σ_r dla grubego walca w punkcie r od osi walca podano poniżej

Gdzie r_i= wewnętrzny promień cylindra

ro=promień zewnętrzny cylindra

p_i=wewnętrzne ciśnienie bezwzględne

p_o=zewnętrzne ciśnienie bezwzględne

Na wewnętrznej powierzchni ścianki cylindra σ_r jest maksimum i jest równe p_i - P_o czyli ciśnienie manometryczne.

Wzór na naprężenie promieniowe dla walca stożkowego

Wpływ naprężenia promieniowego w przypadku cienkiego walca nie jest zerowy, ale nie warto brać pod uwagę jego wpływu do projektowania i analizy.

W przypadku cienkiego walca naprężenia obwodowe i osiowe są znacznie większe niż σ_r, dlatego w przypadku cienkiego walca naprężenie promieniowe jest generalnie ignorowane. W przypadku grubego cylindra σ_r generowane jest równoważne ciśnieniu manometrycznemu na wewnętrznej powierzchni cylindra i zerowemu na zewnętrznej powierzchni.

Formuła naprężenia promieniowego dla sfery

Naprężenia działają normalnie dla ścian sfery są naprężeniami radialnymi.

σ_r działająca na zewnętrzną ścianę kuli wynosi zero, ponieważ zewnętrzna ściana jest swobodną powierzchnią.

σ_r wzór na kulę to σ_r=-str_i/2, dla średniej grubości t/2

σ_r=-p, dla promienia wewnętrznego

σ_r=0, dla promienia zewnętrznego

Czy naprężenie promieniowe jest rozciągane?

Naprężenia promieniowe są zawsze z natury ściskające.

Naprężenie promieniowe w zbiorniku ciśnieniowym powstaje w wyniku działania ciśnienia wewnętrznego wywieranego przez płyn wewnętrzny i ciśnienia otoczenia na powierzchnię zewnętrzną. W dowolnym miejscu wewnątrz ścianki naczynia ciśnieniowego siły powodują ściskanie, któremu przeciwdziała materiał ścianki.

p_i i p_e ścisnąć powłokę promieniowo, generując σ_r, zgodnie z konwencją mechaniki ośrodków ciągłych, naprężenia te są ujemne.

σ_r na promieniu wewnętrznym i zewnętrznym są odpowiednio

σ_ri=-str_i

σ_re=-str_e

Naprężenia rozkładają się równomiernie na całej grubości konstrukcji, średnia arytmetyczna naprężeń da naprężenie promieniowe σ_r,

σ_r=(σ_ri+σ_re) / 2

σ_r=-(str_i+p_e)/2 Równ.(1)

Gdzie p_i=0, str_e= 0,

Równanie (1) daje

σ_r=-str_i/2

σ_r=-str_e/2

Czy naprężenie promieniowe jest ujemne?

Naprężenia promieniowe działają w kierunku promieniowym naczynia ciśnieniowego i podobnie jak naprężenia styczne lub obwodowe, również są

odpowiedzialny za średnicę odkształcenia naczynia.

Ogólnie naprężenie promieniowe ma charakter ściskający, działając między wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnią cylindrycznego naczynia i zgodnie z konwencją mechaniki kontinuum, naprężenia promieniowe są ujemne.

Czy naprężenie promieniowe jest głównym naprężeniem?

Tak, naprężenie promieniowe jest głównym naprężeniem.

Naprężenie promieniowe to naprężenie skierowane do lub od głównej osi naczynia ciśnieniowego. W przypadku grubego cylindra rozkład naprężeń następuje na całej grubości cylindra. Maksymalna σ_r uzyskuje się na wewnętrznym promieniu cylindra.

Czy naprężenie promieniowe to naprężenie ścinające?

Naprężenie ścinające τ jest składową naprężenia współpłaszczyznową z przekrojem materiału.

W wyniku rozszerzania się konstrukcji na ścinanie powstają naprężenia promieniowe, które działają w normalnym kierunku interfejsu. W rezultacie znacznie zwiększa się wytrzymałość połączenia na ścinanie, co z kolei znacznie poprawia ostateczną nośność konstrukcji zakotwienia.

Naprężenie ścinające sklasyfikowane jako bezpośrednie naprężenie ścinające i naprężenie ścinające przy skręcaniu. Począwszy od lat 1960-tych konstrukcja zakotwienia w postaci zbrojenia tymczasowego i stałego była często stosowana w inżynierii lądowej i górniczej

Czy naprężenie promieniowe jest naprężeniem normalnym?

Naprężenie promieniowe to normalne naprężenie współpłaszczyznowe do osi symetrii, ale działające prostopadle do osi symetrii.

Naprężenia normalne zawsze działają w kierunku normalnym do powierzchni struktury krystalicznej materiału, występują zarówno w naturze ściskającej, jak i rozciągającej. Naprężenia promieniowe są rodzajem naprężeń normalnych i ściskających.

Wnioski:

Podsumowując artykuł, możemy stwierdzić, że Stress działający w kierunku promieniowym naczynia ciśnieniowego σ_r mają ogromne znaczenie, podobnie jak dwa inne główne naprężenia (obręcz i osiowe), zwłaszcza przy projektowaniu grubościennego cylindrycznego lub kulistego zbiornika ciśnieniowego.

Sangeeta Das

Jestem Sangeeta Das. Ukończyłem studia magisterskie z inżynierii mechanicznej ze specjalizacją w silnikach spalinowych i samochodach. Mam około dziesięcioletnie doświadczenie w przemyśle i środowisku akademickim. Moje zainteresowania obejmują silniki spalinowe, aerodynamikę i mechanikę płynów. Możesz mnie znaleść w