2013年1月2日水曜日

薄肉(圧力)容器の形状と応力

様々な形状の薄肉圧力容器のフープ応力を求める文献(英文)をWeb上で見つけた。ここでは、圧力容器と呼ぶよりは内圧の作用する容器という程度に呼称するような程度の圧力を対象にする構造体を対象にしています。
URLは下記。 http://ingchim.ing.uniroma1.it/~mazzarot/pagina%20mia%20internet/PIC/Coulson&%20Richardson%20-%20Cap.13%20Mechanical%20Design%20of%20Process%20Equipment.pdf
上記リンクは抹消されています。(2016.11.29)

または当方のデータサーバーより取得:(下図赤枠名称のデータ)

       http://m-sudo.sakura.ne.jp/soft_data/
http://m-sudo.sakura.ne.jp/soft_data/kikaikougaku(PDF)/Coulson&%20Richardson%20-%20Cap.13%20Mechanical%20Design%20of%20Process%20Equipment.pdf
上記リンク修正(2016.11.29)



この文献は化学関係者の執筆によるデータと思われますが、設備設計のアウトライン構築に有益でしょう。比較的平易に要点をまとめられているので関心のある向きは是非ダウンロードして活用することもよいでしょう。以下小生にとって関心のある部分のみピックアップしてみました。ピックアップしたデータ以外にも有益なデータが記述されています。下記の様々な形状への計算式によっておよそ考えられる薄板構成のどのような形状(組合せ)にも対応でしょう。厳密には有限要素法などのソフトの利用によって確認が必要なことは当然ですが・・・。
上図は典型的な圧力容器に見られる5種の形状。本稿では他の形状も後で紹介します。

上図ではフープ応力と長手方向に作用する応力の関係を示しています。


上図では球錐形状容器殻に作用する応力の図解。θ1とθ2の角度の意味を捉えよう。

上図は殻の形状分類。これらの形状に応じて応力の計算式が下図で紹介されています。全て薄肉形状。
上図はパイプ形状(a)に示される円筒殻形状の応力。

上図は球殻(b)の応力
上図は円錐形状殻(c)の応力
上図は楕円体殻(d)の応力
上図はトーラス(環状)殻(e)の応力

上図は球面とトーラス(環状)面で構成される形状の応力

上図は平板の形状
上図は円板の計算式のパラメータ
上図は固定円板の応力計算式
上図は周辺支持の円板の計算式
上図は周辺固定、周辺保持の応力と板厚の関係式

多分簡略式であり、目安計算に利用するのだろう。

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