23 حقائق عن الإجهاد الشعاعي: دليل المبتدئين الكامل


في هذه المقالة سوف نناقش الحقائق المختلفة المتعلقة بالإجهاد الشعاعي.

الضغط الداخلي والضغط الخارجي يضغطان وعاء الضغط شعاعيًا ، مما ينتج عنه ضغوط ضغط تسمى الإجهاد الشعاعي ، وتعتبر اتفاقية الإشارة في الاستخدام الشائع أن الضغوط الانضغاطية سلبية. يمثل الضغط الشعاعي σr

جميع الضغوط الرئيسية الثلاثة (الطوق والمحوري والشعاعي) تعمل على وعاء الضغط متعامدة بشكل متبادل مع بعضها البعض. من بين جميع الضغوط الثلاثة σr يعمل في اتجاه نصف قطر الأسطوانة أو الكرة.

ما هو الإجهاد الشعاعي؟

تعمل الضغوط في اتجاهات مختلفة على جسم أسطواني أو كروي يسمى ضغوط محورية وشعاعية وتماسية.

يمكن صياغة الإجهاد الشعاعي كدالة للضغط الداخلي والضغط المحيط ونصف القطر الداخلي والخارجي لوعاء الضغط. على السطح الداخلي للأسطوانة ، σr هو نفس الضغط الداخلي.

من الخارج ، هو نفس الضغط الخارجي (14 رطل / بوصة مربعة أو 0.1 ميجا باسكال). من خلال سماكة الأسطوانة ، فإنها تختلف بشكل خطي تقريبًا بين هذه القيم. إذا أخذنا في الاعتبار أنبوبًا أسطوانيًا يحمل سائلًا ، وأنواعًا مختلفة من الأحمال مثل أحمال الوزن (وزن الأنبوب ، ووزن السوائل ، وما إلى ذلك) ، والضغوط (التصميم الداخلي والخارجي وضغوط التشغيل) ، وتغير درجة الحرارة ، والأحمال العرضية (قوة البزاقة ، قوة الاندفاع) خلق ضغوط في نظام الأنابيب.

تحاول هذه الأحمال تشويه الأنبوب وبسبب تأثير القصور الذاتي ، سيخلق الأنبوب بعض قوة المقاومة الداخلية في شكل ضغوط.

ما هو الضغط الشعاعي في وعاء الضغط؟

تعمل الإجهاد الشعاعي بشكل مختلف على وعاء الضغط اعتمادًا على سمك جداره وشكل الوعاء.

إذا كان السطح الداخلي للأسطوانة يتعرض للضغط ، فإن الضغوط القصوى سوف تتطور في السطح الداخلي ، وإذا تعرض السطح الخارجي لقوة الضغط ، فإن الضغوط القصوى ستعمل على السطح الخارجي.

أوعية الضغط عبارة عن حاويات كبيرة مصممة خصيصًا للاحتفاظ بالسوائل والغازات ، ويختلف الضغط الداخلي دائمًا عن الضغط الخارجي ، وعادةً ما يتم الحفاظ على الضغط الداخلي لوعاء الضغط في جانب أعلى. تعد الكائنات الحية الخلوية والشرايين في أجسامنا مثالًا طبيعيًا لأوعية الضغط.

أوعية ضغط فولاذية ملحومة ؛ حقوق الصورة: ويكيبيديا

يتم الحفاظ على أوعية الضغط التي تحتوي على فراغ عند ضغط داخلي أقل من الضغط الجوي.

بشكل عام بالنسبة لأوعية الضغط ، يمكننا أن نفترض أن المواد المستخدمة متجانسة الخواص ، وأن السلالات الناتجة عن الضغوط صغيرة وأن سمك جدار الوعاء أصغر بكثير من نصف القطر الخارجي والداخلي للحاوية. من أمثلة أوعية الضغط علب الأيروسول وخزانات تفريغ أجهزة التنفس تحت الماء والحاويات الصناعية الكبيرة والمراجل وما إلى ذلك.

ما هو الإجهاد الشعاعي في خطوط الأنابيب؟

يرجع الإجهاد الشعاعي في خطوط الأنابيب إلى الضغط الداخلي داخل الأنبوب الناتج عن السائل أو الغاز.

يعمل الإجهاد الشعاعي في خطوط الأنابيب في شكل إجهاد طبيعي ويعمل بالتوازي مع نصف قطر الأنبوب. تظل القيمة ضمن نطاق ضغط التصميم الداخلي ويعمل الضغط الجوي على السطح الداخلي والخارجي على التوالي. ال σr الذي تم تطويره بشكل عمودي على السطح σr= -p.

بالمقارنة مع الضغوط العادية الأخرى التي تعمل في خطوط الأنابيب ، فإن قيمة σr أقل بشكل ملحوظ ، ولهذا السبب ، يتم اعتبار الضغط الطولي والضغط المحيطي فقط لأغراض تصميم الأنابيب. σr يتم تجاهله بشكل عام.

كيف تحسب الضغط الشعاعي في الأنبوب؟

الإجهاد الشعاعي هو إجهاد طبيعي موجود في جدار الأنبوب ، ويعمل في اتجاه موازٍ لنصف قطر الأنبوب.

σr يعمل في خطوط الأنابيب في شكل إجهاد طبيعي ويعمل بالتوازي مع نصف قطر الأنبوب. تظل القيمة ضمن نطاق ضغط التصميم الداخلي ويعمل الضغط الجوي على السطح الداخلي والخارجي على التوالي.

دعونا نفكر في σr في أنبوب مضغوط ، يتميز المقطع العرضي لجدار الأنبوب بنصف قطره الداخلي ونصف القطر الخارجي.

σr= -Pمادبا

σr= -Pمع

علامة الطرح ترجع إلى الطبيعة الانضغاطية للضغوط.

في مكان تعسفي داخل جدار الأنبوب ، تسبب القوى ضغطًا يتعارض مع مادة جدار الأنبوب.

إجهاد شعاعي

قيمة الضغط الانضغاطي عبر سماكة جدار الأنبوب ، التعبير عن توزيع الضغط داخل جدار الأنبوب تعطى بواسطة نظرية Lame.

التعبير عن

يحتوي التعبير على العديد من القيم الثابتة مثل ro، Riصiصo فقط نصف القطر (ص) متغير فقط.

وبعبارة أخرى 

يتم تقليل الإجهاد الشعاعي من قيمة الضغط الداخلي إلى قيمة الضغط الخارجي.

الحد الأقصى σr هي ببساطة قيمة الضغط الداخلي للأنبوب

σ رمكس=pمادبا

صيغة الإجهاد الشعاعي

يُعرف الضغط الطبيعي الذي يعمل باتجاه المحور المركزي للأسطوانة أو بعيدًا عنه باسم الإجهاد الشعاعي.

تُستخدم مجموعة من المعادلات تُعرف باسم معادلات Lames لحساب الضغوط التي تعمل على وعاء الضغط. في حالة وجود أنبوب σr يختلف بين الضغط الداخلي والضغط المحيط.

σr= AB / r2

σθ= أ + ب / ص2

حيث ، A و B هما ثابت التكامل ويمكن حلهما بتطبيق شروط الحدود.

و "r" هو نصف القطر الذي قد يكون نصف القطر الداخلي أو نصف القطر الخارجي.

صيغة الإجهاد الشعاعي للأسطوانة السميكة

يعتبر وعاء الضغط سميكًا عندما يكون D / t <20 حيث يكون 'D' هو قطر الوعاء و 't' هو سمك الجدار.

في حالة الأسطوانة السميكة ، فإن الضغوط التي تعمل بشكل أساسي هي إجهاد هوب أو الإجهاد المحيطي والإجهاد الشعاعي. بسبب الضغط الداخلي الذي يعمل داخل الوعاء ، يتم تطوير بعض الضغوط في الجدار الداخلي للوعاء على طول نصف قطر الوعاء المعروف باسم الإجهاد الشعاعي.

تُستخدم معادلة Lame لتحديد الضغوط التي تعمل على أسطوانة سميكة. σr للأسطوانة السميكة عند نقطة ص من محور الاسطوانة أدناه

تحتوي هذه الصورة على سمة alt فارغة ؛ اسم الملف الخاص به هو gif.latex

أين صi= نصف القطر الداخلي للأسطوانة

ro = نصف القطر الخارجي للأسطوانة

pi= الضغط المطلق الداخلي

po= الضغط المطلق الخارجي

على السطح الداخلي لجدار الأسطوانة σr هو الحد الأقصى ويساوي صi - Po أي قياس الضغط.

صيغة الإجهاد الشعاعي للأسطوانة المخروطية

إن تأثير الإجهاد الشعاعي في حالة الأسطوانة الرقيقة ليس صفراً ولكنه لا يستحق النظر في تأثيره على التصميم والتحليل.

في حالة الأسطوانة الرقيقة يكون إجهاد الطوق والضغوط المحورية أكبر بكثير من σr، لذلك بالنسبة لأسطوانة رقيقة يتم تجاهل الإجهاد الشعاعي بشكل عام. في حالة وجود اسطوانة سميكة σr الناتج يعادل قياس الضغط على السطح الداخلي للأسطوانة وصفر على السطح الخارجي.

صيغة الإجهاد الشعاعي للكرة

الضغوط التي تعمل بشكل طبيعي على جدران الكرة هي الإجهاد الشعاعي.

σr العمل على الجدار الخارجي للكرة يساوي صفرًا لأن الجدار الخارجي سطح حر.

σr صيغة الكرة هي σr= -pi/ 2 للسمك المتوسط ​​t / 2

σr= -p للشعاع الداخلي

σr= 0 ، لنصف القطر الخارجي

هل الإجهاد الشعاعي قابل للشد؟

دائمًا ما تكون الضغوطات الشعاعية ذات طبيعة ضاغطة.

يتم إنشاء الإجهاد الشعاعي في وعاء الضغط نتيجة عمل الضغط الداخلي الذي يمارسه السائل الداخلي والضغط المحيط على السطح الخارجي. في مكان تعسفي داخل جدار وعاء الضغط ، تتسبب قوى الضغط في حدوث ضغط يتعارض مع مادة الجدار.

pi وصe ضغط الغلاف شعاعيًا ، لتوليد σrوفقًا لاتفاقية ميكانيكا الاستمرارية ، فإن هذه الضغوط سلبية.

σr في نصف القطر الداخلي والخارجي على التوالي

σri= -pi

σre= -pe

يتم توزيع الضغوط بشكل موحد من خلال سمك الهيكل ، وسيعطي المتوسط ​​الحسابي للضغوط الإجهاد الشعاعي σr,

σr= (σrire) / 2

σr= - (صi+pe) / 2 مكافئ (1)

أين صi= 0 ، صe= 0،

المعادلة (1) يعطي

σr= -pi/2

σr= -pe/2

هل الإجهاد الشعاعي سلبي؟

تعمل الإجهاد الشعاعي في الاتجاه الشعاعي لأوعية الضغط تمامًا مثل الإجهاد المماسي أو الطوقي.

مسؤول عن التشوه القطري للسفينة.

بشكل عام ، الإجهاد الشعاعي هو ضغط بطبيعته يعمل بين السطح الداخلي والخارجي لسفينة أسطوانية ووفقًا لاتفاقية ميكانيكا الاستمرارية ، تكون الضغوط الشعاعية سالبة.

هل الإجهاد الشعاعي إجهاد رئيسي؟

نعم ، الإجهاد الشعاعي هو إجهاد رئيسي.

الإجهاد الشعاعي هو الضغط باتجاه أو بعيدًا عن المحور الرئيسي لأوعية الضغط. في حالة الأسطوانة السميكة ، يكون توزيع الضغط عبر سمك الأسطوانة. الحد الأقصى σr يتم الحصول عليها في نصف القطر الداخلي للأسطوانة.

شعاعي الإجهاد القص الإجهاد؟

إجهاد القص τ هو مكون الضغط الذي يكون متحد المستوى مع المقطع العرضي للمادة.

بسبب تمدد القص للهيكل ، يتم تطوير ضغوط شعاعية تعمل على الاتجاه الطبيعي للواجهة. نتيجة لذلك ، تم تحسين قوة إجهاد القص للواجهة بشكل كبير مما يؤدي بدوره إلى تحسين قدرة التحمل النهائية لهيكل التثبيت بشكل كبير.

يُصنف إجهاد القص على أنه إجهاد القص المباشر وإجهاد القص الالتوائي. بدءًا من الستينيات ، تم استخدام هيكل التثبيت على شكل تعزيز مؤقت ودائم بشكل متكرر في الهندسة المدنية وكذلك هندسة التعدين

هل الإجهاد الشعاعي إجهاد طبيعي؟

الإجهاد الشعاعي هو إجهاد طبيعي متحد المستوى لمحور تناظر ولكنه يعمل بشكل عمودي على محور التناظر.

تعمل الضغوط العادية دائمًا في اتجاه طبيعي لوجه التركيب البلوري للمادة ، فهي موجودة في كل من الطبيعة الانضغاطية والشد. الإجهاد الشعاعي هو نوع من الضغط الطبيعي والضغط في الطبيعة.

الخلاصة:

في ختام المقال يمكننا أن نقول أن الضغوط تعمل في الاتجاه الشعاعي لأوعية الضغط σr لها أهمية كبيرة تمامًا مثل الإجهادين الرئيسيين الآخرين (الحلقة والمحورية) خاصة في تصميم وعاء ضغط أسطواني أو كروي سميك الجدران.

سانجيتا داس

أنا سانجيتا داس. لقد أكملت درجة الماجستير في الهندسة الميكانيكية مع التخصص في محرك IC والسيارات. لدي حوالي عشر سنوات من الخبرة في الصناعة والأوساط الأكاديمية. يشمل مجال اهتمامي محركات IC والديناميكا الهوائية وميكانيكا السوائل. يمكنك التواصل معي على https://www.linkedin.com/in/sangeeta-das-57233a203/

آخر المقالات