عادة ما تستخدم أوعية الضغط أربعة أنواع من الرؤوس: نصف الكروية (Hemi) ، نصف البيضاوي (SE) ، الحافة والطبق (F & amp; D) ، والمسطح. في هذا التحليل ، يعتبر كل رأس مرتبط بقشرة أسطوانية ، مع قطرها الداخلي (ID) يتطابق مع الأسطوانة ' s. يتم تعديل سمك الجدار لكل رأس لتلبية الأسطوانة ' ضغط تصميم 420 psi. يمكن الوصول إلى الحسابات التفصيلية عن طريق الرابط المقدم أدناه.

وتشمل النتائج سمك الجدار والارتفاع الكلي والحجم الداخلي ووزن رأس واحد ، مع مراعاة أي شفات مستقيمة عند الاقتضاء:

رأس نصف الكرة (Hemi)

يتميز رأس نصف الكرة بالهندسة الشعاعية البسيطة ، بعمق يساوي نصف قطره. بالنسبة لرأس بقطر داخلي 47 " (ID) ، فإن سمك الجدار المطلوب هو 0.2474 " ، وهو حوالي نصف سمك القشرة الأسطوانية. بما أن الرأس أرق من القشرة ، يتم تطبيق تقنين 3: 1 متوافق مع رمز ASME القياسي عند الانتقال. هذا المخروط هو جزء من الرأس الأقوى ، في حين يحافظ القشرة الأسطوانية على سمكها الكامل على طول القسم المستقيم للقوة.

عادة ما لا تتشكل الرؤوس نصف الكروية من لوحة مسطحة ولكن بدلا من ذلك تصنع من أجزاء ملحومة. وهذا يجعلها أرق ولكن أحيانا أغلى نوع الرأس. وتستخدم عادة في تطبيقات الضغط العالي أو قطرها الكبير حيث تكون توفير المواد مهمة. بالإضافة إلى ذلك ، انضم رأسان نصف الكرة إلى خلف خلق كرة تخزين ، وهو الشكل الأكثر كفاءة للتخزين المضغوط.

رأس شبه بيضاوي (SE)

الرأس شبه البيضاوي له شكل بيضاوي، مع أن النسبة الأكثر شيوعا هي 2: 1، حيث يكون عرض البيضاوي ضعف عمقه. في الممارسة العملية، غالبا ما يستخدم المصنعون ثلاثة نصف قطر لتقريب البيضاوي: نصف قطر كبير في التاج، نصف قطر صغير في الحافة الخارجية، ونقطر قطر متوسط بين. تحدد قواعد رمز ASME مدى قرب الرأس المصنع من البيضاوي الحقيقي.

بالنسبة لرأس SE 2: 1 ، فإن العمق هو ربع قطره ، مما يجعله أقل ضحلة من رأس نصف الكرة ولكن أعمق من الرؤوس المضغوطة والمطبوعة (F & amp; D) أو المسطحة. يمكن تشكيل هذا الرأس من لوحة مسطحة ، مما يجعله أحد الخيارات الأكثر اقتصادية للأوعية المنخفضة الضغط.

على الرغم من أنها أقل كفاءة من رأس نصف الكرة في التعامل مع الإجهادات ، إلا أن رؤوس SE تتطلب سمكًا أكبر قليلاً. على سبيل المثال، السمك المطلوب لرأس SE 2: 1 في هذه الحالة هو 0.4947 "، أقل قليلا من سمك القشرة الأسطوانية 0.500".

شفة ورأس صحون (F & amp; D)

وتستخدم الرؤوس المضغوطة والصحون بشكل شائع في تطبيقات الضغط المعتدل حيث يكون تقليل الارتفاع مهمًا. في هذا التصميم ، يساوي نصف قطر التاج القطر الخارجي للأسطوانة (48 ") ، وللمفصل نصف قطر ضيق 2.973 " هذا يؤدي إلى رأس مع ملف تعريف أقل من رأس شبه بيضاوي. ومع ذلك ، فإن نصف قطر المفصل الضيق يحفز على ضغوط تشكيل عالية ، مما يتطلب معالجة حرارية بعد تشكيل للتخفيف من الإجهاد.

في F& رأس D يتطلب جدار سميك من الأسطوانة ، مع سمك مطلوب 0.8901 ". يتم التعامل مع التحول بتنازل قياسي 3: 1 على الجزء المستقيم من الرأس ، حيث يحتاج الجزء من الشفاه فقط إلى تطابق سمك الأسطوانة 0.500". بالنسبة للضغوط التي تصل إلى 420 psi ، عادة ما تفضل رؤوس SE ما لم تفرض قيود الارتفاع خلاف ذلك.

رأس مسطح

الرأس المسطح هو التصميم الأقل كفاءة ، لأنه يقاوم الضغط في المقام الأول من خلال الانحناء ، مما يؤدي إلى متطلبات مواد أعلى بكثير. في هذه الحالة، السمك المطلوب هو 3.9120 "، مما يجعله ثقيل بكثير من أنواع الرأس الأخرى. تستخدم الرؤوس المسطحة عادة عندما يكون سطح داخلي مسطح ضروريًا للعملية.

عدة طرق بديلة تقلل من وزن الرؤوس المسطحة:

1. لوحة مسطحة مع تعزيزات : ربط قضبان أو حلقات لوحة إلى SE أو F & amp ؛ D رأس، مع رأس تحمل الحمل.
2. أرضيات الخرسانة : صب أرضية خرسانية مسطحة في SE أو F & amp ؛ الرأس D يقلل من استخدام الصلب ولكن يزيد من الوزن الكلي.
3. شعاع خارجي : يتم دعم الألواح الرقيقة بواسطة الحزم الخارجية عبر السفينة ' عرض S.
4. البقاء قضبان أو أنابيب : يتم تعزيز الألواح الرقيقة بواسطة قضبان البقاء التي تمتد عبر السفينة.
5. قطري بقاء قضبان : مرتبطة بالقشرة ، تظهر هذه بشكل شائع في الغلايات.

تحليل الإجهاد باستخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA)

اسطوانة و Hemi رأس Tresca الإجهادات

صيغ رمز ASME VIII-1 للأسطوانات والرؤوس نصف الكروية سهلة الاستخلاص. بالنسبة للأسطوانة السميكة 0.5 "، يصل الضغط المحسوب إلى حد التصميم 20،000 psi. FEA باستخدام تحليل الإجهاد Tresca يعطي قيمة أعلى قليلا من 20,484 psi.

وبالمثل، يحقق رأس نصف الكرة سميك 0.2474 "ضغط Tresca من 20,364 psi، يتطابق بشكل وثيق مع القيمة المستهدفة. تؤكد هذه النتائج أن كل من الأسطوانة والرأس نصف الكروي يلبي متطلبات الإجهاد التصميمي بدقة ممتازة.

التوتر في منطقة عدم الاستمرارية حيث يلتقي الرأس بالقشرة أعلى ، ويصل إلى 23,060 psi. تسمح قواعد رمز القسم الثامن من ASME ، القسم 2 (VIII-2) بزيادات الإجهاد المحلية على مسافات صغيرة ، بشرط أن تبقى ضمن حدود محددة. في هذه الحالة، تعتبر مستويات الإجهاد مقبولة. على النقيض من ذلك ، لا تعتبر قواعد القسم الثامن ، القسم 1 (VIII-1) من ASME هذه الإجهادات المحلية إلى ما وراء الحاجة إلى تخفيض 3: 1. ومع ذلك، تظهر الخبرة العملية أن هذا النهج موثوق به.

الأسطوانة ورأس هيمي فون ميسيس يضغط

ويظهر تحليل الإجهاد في تريسكا ارتباطا وثيقا بين قيم الإجهاد المتوقعة بواسطة صيغ رمز VIII-1 وتلك التي تم الحصول عليها من خلال تحليل العناصر المحدودة (FEA) بموجب المبادئ التوجيهية VIII-2 لكل من الأسطوانة والرأس نصف الكروي. ومع ذلك ، انتقلت ASME VIII-2 من استخدام معيار Tresca (الإجهاد P1-P3) إلى صياغة الإجهاد فون ميسيز ، مما يوفر تمثيلًا أكثر شمولاً لسلوك الإجهاد.

ضغط فون ميسيس في الأسطوانة ورأس النصف - ضغط الأسطوانة الآن 12٪ أقل من رمز VIII-1