Материал: 4-4

3. Расчет бака

3.1 Расчётная схема

Рассмотрим цилиндрический бак. Выполним подбор основных геометрический характеристик и проведём расчёт напряжений в обечайке. Выполним расчёт этого бака на устойчивость под действием нормальных и касательных сил. Расчетная схема бака приведена на рисунке 3.1. Данные для расчета заключены в заключены в таблице 3.

Рисунок 3.1 — Расчетная схема бака

Таблица 3 — Данные для расчета

Бак выполнен из материала АМг6, имеющего следующие характеристики:

Модуль упругости МПа;

Предел прочности МПа;

Предел пропорциональности МПа;

Условный предел текучести МПа.

Эксплуатационное значение внутреннего давления в точке стыка обечайки и нижнего днища подсчитывается по формуле:

Высота днища бака определяется по формуле:

Максимальное эксплуатационное значение внутреннего давления в точке А определяется по формуле:

Для подбора толщины верхнего днища запишем выражение для определения расчётных напряжений в пологом сферическом днище:

где – меридиональное и окружное нормальные напряжения,

– меридиональное погонное усилие,

– коэффициент, учитывающий ослабления из-за сварного шва.

Принимаем

Определим расчетное меридиональное и окружное напряжение:

Определим запас прочности верхнего днища:

По аналогичному алгоритму подберём толщину нижнего днища

Принимаем

Определим расчетное меридиональное и окружное напряжение:

Определим запас прочности нижнего днища:

Для подбора толщины обечайки запишем выражение для определения расчётных окружных напряжений, так как окружные напряжения больше меридиональных в цилиндрических оболочках:

С учетом того, что оболочка может потерять устойчивость, увеличим толщину обечайки и принимаем

3.2 Подбор сечения стыковых шпангоутов

Подбор площади поперечного сечение шпангоута идёт при помощи площадей давления (рисунок 3.2,3.3).

Вычислим площадь шпангоута для верхнего днища.

Рисунок 3.2 – К вычислению площади давления

Вычислим необходимые геометрические размеры:

Вычислим примыкающие сечения участка днища и обечайки, которые работают вместе со шпангоутом:

где , так как .

Вычислим площади давлений:

Расчётная осевая сила, действующая на шпангоут, равна:

Тогда потребная площадь сечения шпангоута равна:

Принимаем

Нормальное напряжение в сечении шпангоута:

Запас прочности по верхнему шпангоуту:

Найдем соотношение сторон сечения шпангоута в виде прямоугольного треугольника, так что бы изгибающий момент был равен нулю, для этого прировняем скручивающий момент к нулю:

где – катет сечения,

– расстояние от центра тяжести сечения шпангоута до катета длиной a.

Площадь сечения шпангоута вычисляется по формуле:

Вычислим размеры сечения:

Вычислим изгибающий момент, возникающий в поперечном сечении шпангоута:

Угол закручивания:

Вычислим площадь шпангоута для нижнего днища.

Рисунок 3.3 – К вычислению площади давления

Вычислим примыкающие сечения участка днища и обечайки, которые работают вместе со шпангоутом:

где , так как .

Вычислим площади давлений:

Расчётная осевая сила, действующая на шпангоут, равна:

Тогда потребная площадь сечения шпангоута равна:

Принимаем

Нормальное напряжение в сечении шпангоута:

Запас прочности по верхнему шпангоуту:

Найдем соотношение сторон сечения шпангоута в виде прямоугольного треугольника, так что бы изгибающий момент был равен нулю, для этого прировняем скручивающий момент к нулю:

где – катет сечения,

– расстояние от центра тяжести сечения шпангоута до катета длиной a.

Площадь сечения шпангоута вычисляется по формуле:

Вычислим размеры сечения:

Вычислим изгибающий момент, возникающий в поперечном сечении шпангоута:

Угол закручивания: