
【化】 thin-walled pressure vessel
薄壁压力容器(thin-walled pressure vessel)是指壁厚远小于其截面尺寸(如直径)的承压容器。根据工程力学准则,当容器壁厚 ( t ) 与内径 ( D ) 的比值满足 ( t/D leq 0.1 )(或半径比 ( t/R leq 0.05 ))时,可视为薄壁结构。其核心特征如下:
薄壁理论(Thin-Wall Theory)
假设壁内应力沿厚度均匀分布,主要承受薄膜应力(membrane stress),即环向应力(hoop stress)和轴向应力(longitudinal stress)。环向应力公式为:
$$ sigma_h = frac{pD}{2t} $$
轴向应力公式为:
$$ sigma_a = frac{pD}{4t} $$
其中 ( p ) 为内压,( D ) 为内径,( t ) 为壁厚。
设计准则
需满足强度、刚度和稳定性要求,遵循规范如:
如液化气储罐、反应釜、换热器壳体等,需满足耐压与轻量化需求。
核电站冷却管道、锅炉汽包等,材料需具备高温抗蠕变性能。
失稳(屈曲)、疲劳裂纹、应力腐蚀开裂。
定期无损检测(如超声探伤)、压力试验(水压/气压试验)。
(注:因搜索结果未提供直接链接,以上引用来源为权威标准及出版物,可于ASME官网、国家标准库或学术平台检索原文。)
薄壁压力容器是指壳体壁厚与内径的比值较小(通常≤0.1)或外径与内径之比≤1.2的压力容器。其核心定义基于相对厚度而非绝对数值,属于工程简化分析的范畴。以下是详细解释:
几何特征
薄壁容器需满足以下条件之一:
力学特性
由于壁厚薄,承压时:
简化设计计算
采用薄膜理论(无力矩理论)分析,仅需平衡壳体受力的拉应力,避免复杂的弯曲应力计算。
适用场景
中低压容器(如储气罐、反应釜)多属薄壁结构,此定义可指导安全设计,同时减少材料浪费。
通过上述定义和简化分析,薄壁压力容器的设计在保证安全性的同时显著降低了计算复杂度,广泛应用于工业领域。如需更详细的力学推导或标准规范,可参考工程手册或专业文献。
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