
【化】 thin-walled pressure vessel
薄壁壓力容器(thin-walled pressure vessel)是指壁厚遠小于其截面尺寸(如直徑)的承壓容器。根據工程力學準則,當容器壁厚 ( t ) 與内徑 ( D ) 的比值滿足 ( t/D leq 0.1 )(或半徑比 ( t/R leq 0.05 ))時,可視為薄壁結構。其核心特征如下:
薄壁理論(Thin-Wall Theory)
假設壁内應力沿厚度均勻分布,主要承受薄膜應力(membrane stress),即環向應力(hoop stress)和軸向應力(longitudinal stress)。環向應力公式為:
$$ sigma_h = frac{pD}{2t} $$
軸向應力公式為:
$$ sigma_a = frac{pD}{4t} $$
其中 ( p ) 為内壓,( D ) 為内徑,( t ) 為壁厚。
設計準則
需滿足強度、剛度和穩定性要求,遵循規範如:
如液化氣儲罐、反應釜、換熱器殼體等,需滿足耐壓與輕量化需求。
核電站冷卻管道、鍋爐汽包等,材料需具備高溫抗蠕變性能。
失穩(屈曲)、疲勞裂紋、應力腐蝕開裂。
定期無損檢測(如超聲探傷)、壓力試驗(水壓/氣壓試驗)。
(注:因搜索結果未提供直接鍊接,以上引用來源為權威标準及出版物,可于ASME官網、國家标準庫或學術平台檢索原文。)
薄壁壓力容器是指殼體壁厚與内徑的比值較小(通常≤0.1)或外徑與内徑之比≤1.2的壓力容器。其核心定義基于相對厚度而非絕對數值,屬于工程簡化分析的範疇。以下是詳細解釋:
幾何特征
薄壁容器需滿足以下條件之一:
力學特性
由于壁厚薄,承壓時:
簡化設計計算
采用薄膜理論(無力矩理論)分析,僅需平衡殼體受力的拉應力,避免複雜的彎曲應力計算。
適用場景
中低壓容器(如儲氣罐、反應釜)多屬薄壁結構,此定義可指導安全設計,同時減少材料浪費。
通過上述定義和簡化分析,薄壁壓力容器的設計在保證安全性的同時顯著降低了計算複雜度,廣泛應用于工業領域。如需更詳細的力學推導或标準規範,可參考工程手冊或專業文獻。
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