Frage:
Ist ein Kreis die stärkste 2D-Form zur Eindämmung des Innendrucks?
user2813274
2015-04-12 10:46:27 UTC
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Ich verstehe, wie ein Kreis (oder eine Kugel, wenn Sie 3D möchten) die beste Form ist, um ein Vakuum in einem Behälter zu halten, aber was ist, wenn Sie einen großen Überdruck innerhalb des Behälters haben möchten statt draußen? Wäre ein Kreis / eine Kugel immer noch die beste Form, was das Material betrifft, das erforderlich ist, um X Druck zu halten?

Vier antworten:
#1
+15
Fred
2015-04-12 12:42:38 UTC
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Obwohl eine Kugel schwierig herzustellen ist, ist sie die beste Form für einen Druckbehälter, aber aufgrund der Herstellungsschwierigkeiten ist die Herstellung teurer.

Aus dem Website der American Society of Mechanical Engineers:

Theoretisch hat ein kugelförmiger Druckbehälter ungefähr die doppelte Stärke eines zylindrischen Druckbehälters mit derselben Wandstärke

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Andere Quellen stimmen dem zu und fügen hinzu:

Sphärische Druckbehälter werden für die Lagerung von Hochdruckflüssigkeiten bevorzugt . Eine Kugel ist eine sehr starke Struktur. Die gleichmäßige Verteilung der Spannungen auf die Oberflächen der Kugel, sowohl intern als auch extern, bedeutet im Allgemeinen, dass es keine Schwachstellen gibt.

#2
+2
tim
2015-04-12 21:06:57 UTC
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Aufgrund der Tatsache, dass die Druckdifferenz überall auf der Oberfläche einer Kugel gleich ist, muss sie am stärksten sein, daher den größten Druck halten und auch den größten Druck zurückhalten. Ein Kreis hält keinen Druck, da er nur zweidimensional ist und alles entkommen würde!

#3
+1
Chris Johns
2016-01-25 05:29:16 UTC
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Es kommt darauf an, was Sie unter "am besten" verstehen.

Für ein homogenes Material wie Stahl ist eine Kugel (theoretisch) die leichteste Struktur, die bei einem bestimmten Druck ein bestimmtes Volumen enthält. Kugeln haben jedoch bestimmte Nachteile.

- Sie sind nicht gut stapelbar. Wenn Sie beispielsweise Industriegase verteilen, sind diese schwierig zu lagern und zu transportieren und nehmen im Vergleich zu ihrem Nutzvolumen viel Platz ein. - Sie sind schwer herzustellen, insbesondere in Verbundwerkstoffen. - Kugeln sind oft keine bequeme Form, insbesondere bei Anwendungen wie Atemgeräten und Feuerlöschern, bei denen dies sehr wichtig ist.

In der Praxis ist die nützlichste Form für einen Druckbehälter häufig ein Zylinder mit Halbkugel oder ellipsoide Enden, oft mit einem konkaven Ende, damit es auf seinem Ende stehen kann. Dies ist im Hinblick auf die für die Wände erforderliche Mindestmaterialdicke nicht ganz so effizient, wird jedoch häufig durch die bereits erwähnten praktischen Überlegungen aufgewogen.

Die meisten allgemeinen Lehrbücher enthalten einen Abschnitt über algebraische Formeln zur Berechnung der Spannungen in verschiedenen Arten von Druckbehältern.

Es ist auch erwähnenswert, dass zusammengesetzte Druckbehälter immer häufiger werden. Diese werden häufig durch Aufwickeln eines mit Harz imprägnierten Garns um einen Former hergestellt, und auf diese Weise können auch Zylinder-Ringgefäße hergestellt werden, die nahezu so gewichtseffizient wie Kugeln sind, aber im Allgemeinen bequemer sind. Bei Verbundwerkstoffen ist es auch möglich, das Garn so auszurichten, dass es in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Festigkeiten aufweist, wodurch die Materialeffizienz verbessert wird, was mit einem Zylinder oder Torus einfacher ist als mit einer Kugel.

Auch die Skalierung spielt eine Rolle, sodass bei sehr großen Massenspeichern (z. B. LPG-Containerschiffen) viele Probleme beim Aufbau von Kugeln möglicherweise weniger relevant werden.

In Bezug auf den Innen- und Außendruck besteht der wichtigste Unterschied darin, dass der Außendruck Druck auf das Gefäß ausübt, sodass einige Geometrien zusätzlich zu einfachen Spannungen einem Knicken ausgesetzt sein können, bei herkömmlichen Druckbehältertypen jedoch nicht ein großer Unterschied im allgemeinen Design.

#4
+1
SparseSolverCodes
2016-04-16 17:33:07 UTC
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Es geht nur um die Tatsache, dass sich die Kugelschale nicht verbiegen würde, wenn die Last gleichmäßig über die Oberfläche verteilt wäre (was der Fall ist, wenn der Druck die einzige Last ist). Die Idee der Verwendung von Schalen besteht darin, sie in einer solchen Form zu erzeugen, dass die durch Biegung verursachten Spannungen gering sind und die Tragfähigkeit der Schale durch die in der Schale auftretenden Zugkräfte (oder durch Kompression) (Zug / Druck) bereitgestellt wird Kräfte führen zu viel geringeren Spannungen als Biegemomente). Ein interessantes Beispiel für die Tragfähigkeit von Schalen ist auf der folgenden Webseite dargestellt (es ist sogenannten "flachen" Schalen gewidmet, die eine geringe Krümmung aufweisen, dh Platten ähneln, aber viel größeren Belastungen standhalten können, genau weil sie komprimiert werden im Material spielt in diesem Fall eine viel größere Rolle als das Biegen):

http://members.ozemail.com.au/~comecau/quad_shell_shallow_shell.htm



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