相似人孔标准中的巨大差异
最近做了很多人孔的参数化,有两个类似人孔引起了我的注意。
HG/T 21526-2014的椭圆形回转盖快开人孔,其450*350的椭圆筒节,厚度为16mm。其最高允许工作压力为5.5公斤。
HG/T 21600-2014椭圆快开衬不锈钢人孔,其450*350的椭圆筒节,厚度为8mm。其最高允许工作压力也为5.5公斤。
都是5.5公斤,怎么厚度就差了一倍那么大呢。
按理来说,相同的椭圆筒节,碳钢Q345R16mm,其材料考虑3mm腐蚀也有13mm,但是考虑碳钢强度是不锈钢的1.5倍,两者厚度应该是碳钢更薄。怎么碳钢是16mm,不锈钢才8mm。
叶子的离开,是风的追求,还是树的不挽留?
厚度的差异,是碳钢的保守,还是不锈钢的激进?
厚度计算
在GB/T 150.3-2011的附录A.4.5, 椭圆形截面容器一节中,有椭圆筒节的计算方法。
在SW6中也有椭圆容器的计算程序,代入不锈钢S30408的数据试试:
计算输出:
8mm的不锈钢不合格,需要至少10mm。
这还是强度高的S30408,要是304L,316L许用应力低的材料,或者是温度升高点,这12mm都挡不住啊。
换句话说,规范HG/T 21600-2014椭圆快开衬不锈钢人孔无法用到额定压力,是不安全的!
规范中的注1,说工作温度和工作压力不包括螺柱和垫片,仅仅含各受压件。其实可能螺柱并没有什么问题,而是筒节无法承受。
为什么椭圆筒体这么弱
对比同样的压力温度,如果椭圆换成筒体,那么厚度只需要0.91mm,
椭圆筒节需要10mm。
本来以为椭圆筒和圆筒,2倍厚度差距顶天了,结果来了个10倍以上的差距。惊不惊喜,意不意外?
为什么椭圆筒节承载能力那么弱?
椭圆筒节的计算是校核ABC三点处的薄膜和薄膜+弯曲应力,并将其控制在弹性范围内。所以将薄膜应力限制在1.0倍许用应力,膜加弯限制在1.5倍许用应力。
椭圆筒节的薄膜应力是比较低的,而弯曲应力往往是薄膜应力的10~30多倍,所以一般起控制作用的是一次总体弯曲应力。
椭圆筒节受压后有趋圆的趋势,但是为了保证椭圆截面的在弹性范围,能够保持截面椭圆,必须加大截面的惯性矩I=Lt^3/12,如果厚度低,那么惯性矩是非常非常小的,所以最终只有加厚厚度一种选择。
圆筒保持圆形很简单,只要大家都一起膨胀就行了。椭圆截面要保持椭圆,是很难的,因为总有一部分会变形的更多,不多堆点料,根本HOLD不住。
总结
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