Лекции 1-9. Крам / Лекция 9
.doc1
ЛЕКЦИЯ 9
РАСЧЕТ ГЛАДКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБЕЧАЕК,
РАБОТАЮЩИХ ПОД НАРУЖНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
Тонкостенный сосуд под внешним давление находится в менее благоприятных условиях, чем работающий под внутренним давлением. Из-за наружного давления может произойти смятие цилиндра, которое ведет к :
-
Нарушению прочности , при этом напряжение в стенке цилиндра достигает предела текучести т. Это характерно для цилиндров , у которых S/D 0,04.
-
Потери устойчивости формы, которая происходит как за счет действия сжимающего наружного давления рн, так и под воздействием еще 3-х факторов:
изгибающего момента М, осевой сжимающей силы F, поперечной силы Q.
Эти факторы могут действовать как по отдельности, так и одновременно.
Если усилия действуют одновременно, то условие устойчивости имеет вид
где рн.р.- наружное расчетное давление.
Потеря устойчивости происходит при напряжениях меньших, чем предел текучести материала и происходит в том случае, когда внешнее давление достигает определенного давления, называемого критическим давлением.
Эта критическая величина зависит от:
-
геометрической формы аппарата;
-
размеров аппарата;
-
механических свойств аппарата.
На прочность и устойчивость аппарата влияют его отклонения от цилиндрической формы за счет неточности изготовления и конструкция закрепления концов обечайки
( особенно на короткие обечайки ) .
Обечайка называется короткой, если l /D 8.
Длинные обечайки теряют устойчивости с образованием 2-х волн ( они сплющиваются ).
Рассмотрим аппарат, работающий в зоне упругой деформации.
1. Аппарат работает под одним наружным давлением рн
-
Расчетная толщина стенки
(1)
Коэффициент К2 определяется по номограмме рис 5 (ГОСТ 14249-89)
2 Примеры использования номограммы рис.5
К1
К4=const
1
2
К2=const
3
1 2 3
K3
-
определение расчетной толщины стенки; 2- определение допускаемого
наружного давление; 3- определение допускаемой расчетной длины
где
nу – коэффициент запаса устойчивости , для рабочего состояния - nу=2,4; для условий успытания nу=1,8.
Если К1 лежит ниже соответствующей штрухпунктирной линии рис5 Госта 14249-89, то в предварительном расчете рассчитывают по формуле
1.2. Исполнительная толщина стенки
S Sp + C (2)
1.3 Определение критической длины обечайки lo
3 (3)
-
В зависимости от длины обечайки определяем величину по условию устойчивости в пределах упругости
(4)
Для коротких обечаек
(5)
Для длинных обечаек
(6)
Для коротких обечаек можно использовать более точную формулу
(7)
где z – число волн, R=D/2.
-
Допускаемое наружное давление
4 (8)
где п – допускаемое наружное давление из условия прочности
(9)
Е- допускаемое напряжение из условия устойчивости в пределах упругости
(10)
1.6. Определение расчетной длины обечайки l длину примыкающего элемента l3 определяют исходя из типа днища:
для отбортованного днища для неотбортованного днища
D l3 D
l3 S S l3
l H l3
1 2 l
5
Для конических обечаек или днищ с отбортовкой ( рис.1)
(11)
Для конических обечаек без отбортовки
(12)
-
Обечайки, нагруженные осевым растягивающим усилием F
2.1Определение исполнительной толщины стенки
(13)
где Т – коэффициент прочности кольцевого шва цилиндрической или конической обечаек , по таблице 17.
2.2 Допускаемое осевое растягивающее усилие
(14)
-
Обечайки, нагруженные осевым сжимающим усилием
(15)
где Fп- допускаемое осевое сжимающее усилие , определяется из условия прочности
(16)
6
FЕ- допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости определяется из условия устойчивости
(17)
FE1 – дожимающее осевое усилие из условия местной устойчивости в пределах упругости
(18)
FE2- дожимающее осевое усилие из условия общей устойчивости в пределах упругости
(19)
Гибкость определяют по формуле
(20)
Приведенную расчетную длину l пр определяют в зависимости от расчетной схемы
(ГОСТ 14249-89 черт.7, с.14 ); если l/D 10 то в формуле (17) FE=FE1
7
Расчетная схема |
f/ l |
lпр |
l F
|
- |
l |
l
F
|
- |
2l
|
l F
|
- |
0,7l |
l
F
|
- |
0,5l
|
l
f F |
0 |
2,00l |
0,2 |
1,73l |
|
0,4 |
1,47l |
|
0,6 |
1,23l |
|
0,8 |
1,06l |
|
1,0 |
1,00l |
|
l f |
0 |
2,00l |
0,2 |
1,70l |
|
0,4 |
1,40l |
|
0,6 |
1,11l |
|
0,8 |
0,85l |
|
1,0 |
0,70l |
Для рабочих условий допускаемое сжимающее усилие
(21)
Коэффициенты 1 и 2 находятся по чертежам 8 и 9 ГОСТ 14249-89
8 1 1
1,4 1,0 0,2=103/Е
0,01
40 100 2000 D/(D-C)
2 1
0,003
10 30 1000
-
Обечайки, нагруженные изгибающим моментом М
(22)
где п- допускаемый изгибающий момент из условия прочности
(23)
Е – допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости
(24)
9
Для рабочих условий (nу=2,4 ) допускаемый изгибающий момент равен
(25)
Коэффициент 3 определяется по чертежу 10 ГОСТ 14249-89 с.17
3 1
1,4 1,0 0,2=103/Е
0,01
40 100 2000 D/(D-C)
Коэффициент 3 аналогичен коэффициенту 1
-
Обечайки, нагруженные поперечными усилиями
(26)
Qп- допускаемое поперечное усилие из условия прочности
(27)
QE - допускаемое поперечное усилие из условия устойчивости в пределах упругости
(27)
6. Обечайка, работающая под совместным действием рн, Q , M , F
(28)
по ( 8 ) , F по ( 15) , по ( 22 ) , Q по ( 26 ).