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Inicio/Ingeniería/Recipiente de pared delgada bajo presión

Recipiente de pared delgada bajo presión

Esfuerzos de membrana en cilindro y esfera: circunferencial σθ, longitudinal σz, equivalente de von Mises, revisión de r/t y factor de seguridad a la fluencia.

Es un modelo de aula de esfuerzos de membrana. El cálculo real de recipientes también revisa códigos, esfuerzos admisibles, eficiencia de soldaduras, sobreespesor por corrosión, tapas, aberturas, esfuerzos térmicos, presión externa, fatiga y pruebas.

Geometría del recipiente

600 mm
8 mm

Presión y material

2.5 MPa
250 MPa

Las fórmulas de pared delgada suponen un r/t grande, un estado de esfuerzos de membrana, y no incluyen boquillas, soldaduras, tapas ni revisiones de estabilidad.

Magnitudes medidas

Esfuerzo circunferencial σθ187.5MPa
Esfuerzo longitudinal σz93.8MPa
Esfuerzo de von Mises162.4MPa
Factor de seguridad1.54
Razón r/t75.0
Estimación de la presión de fluencia3.33MPa

Gráficas

Sobre el modelo

Un recipiente de pared delgada bajo presión se calcula con esfuerzos de membrana si la razón radio/espesor es lo bastante grande. En un cilindro cerrado, el esfuerzo circunferencial es σθ = pr/t y el longitudinal σz = pr/(2t); en la esfera ambos esfuerzos principales de membrana valen pr/(2t). Se comparan cilindro y esfera; se calcula el esfuerzo equivalente de von Mises σ_vm = √(σθ² − σθ σz + σz²), el factor de seguridad a la fluencia SF = σ_y / σ_vm y la razón r/t. La regla r/t ≥ 10 es una guía de validez de las fórmulas de pared delgada; si r/t es menor, el esfuerzo varía a través del espesor y hacen falta las ecuaciones de Lamé. No hay códigos de recipientes, eficiencia de soldadura, sobreespesor por corrosión, tapas, boquillas, gradientes térmicos, estabilidad bajo presión externa ni fatiga.

Para quién: Resistencia de materiales y cálculo de recipientes: esfuerzos de membrana, criterio de von Mises, aproximación de pared delgada.

Conceptos clave

  • recipiente de pared delgada
  • esfuerzo circunferencial
  • esfuerzo longitudinal
  • esfuerzo de membrana
  • esfuerzo equivalente de von Mises
  • factor de seguridad

Cómo funciona

Cilindro cerrado: σθ = pr/t, σz = pr/(2t). Esfera: σθ = σφ = pr/(2t). Se calculan los esfuerzos de membrana, el equivalente de von Mises σ_vm = √(σθ² − σθ σz + σz²) y el factor SF = σ_y / σ_vm. El aviso r/t < 10 significa que la aproximación de pared delgada ya es dudosa.

Fórmulas principales

Cilindro: σθ = pr/t, σz = pr/(2t)
Esfera: σθ = σφ = pr/(2t); σvm = sqrt(σθ² − σθσz + σz²)

Preguntas frecuentes

¿Por qué el esfuerzo circunferencial en el cilindro es el doble del longitudinal?
Un corte longitudinal lo resiste el área de pared 2tL, de donde σθ = pr/t. La fuerza sobre la tapa la resiste el área anular 2πrt, así que σz = pr/(2t).
¿Cuándo dejan de ser precisas las fórmulas de pared delgada?
Una regla frecuente: r/t ≥ 10. Por debajo, el esfuerzo cambia de forma notable a través del espesor y conviene usar las ecuaciones de Lamé para el tubo de pared gruesa.