1. 直管元件在内压作用下的应力分布
通常将直管元件划分不锈钢厚壁管和薄壁不锈钢管,根据不同的假设理论来研究直管元件的应力分布。不锈钢厚壁管和不锈钢薄壁管的划分一般以k=do/di=1.2为界,当h>1.2时为厚壁管,h≤1.2时为薄壁不锈钢管。
2. 厚壁管的应力分布
假设直管的内、外径分别为di和do,沿壁厚任意点到管中心的距离为p,管道承受均匀的介质内压为p,那么厚壁管中各点的应力计算表达式如下:
从上述公式可看出以下规律:①. 轴向应力σL沿管道壁厚均匀分布;周向应力σ,和径向应力σr 沿管道壁厚分布是不均匀的。各应力沿管壁厚的分布示意图,见图3.3.5。
②. 周向应力σ在内壁处最大,在外壁处最小;
③. 径向应力σr,在内壁处为-p,在外壁处为0。
④. 三个应力分量中,数值上周向应力最大,轴向应力σL次之,径向应力σr最小。
3. 薄壁管的应力分布
对于薄壁管,在理论上有以下假设:
①. 由于管壁很薄,认为应力沿管壁是均匀分布的。
②. 对于薄壁不锈钢管,径向应力相对于周向应力和轴向应力很小,可以忽略不计。
③. 根据上述假设,由材料力学可知,内压作用下薄壁不锈钢管的应力计算表达式如下:
可见,在内压作用下,薄壁不锈钢管的周向应力是轴向应力的2倍,且大于0;径向应力为0。