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结构分析工具

压力容器应力计算器|圆筒、球体Lamé解与等效应力

用Lamé解计算内外压作用下闭端圆筒及球体的弹性应力。von Mises应力包含径向、环向及第三主应力。本工具不进行规范设计或外压屈曲判定。

参数设置
内半径 r_i
mm
壁厚 t
mm
内压 p_i
MPa
外压 p_o
MPa
材料
几何形状
判定标准
t/r_i < 0.1 → 薄壁近似有效
t/r_i ≥ 0.1 → 厚壁(必须采用Lamé公式)
计算结果

上方动画使用独立的内压滑块,是不含外压的薄壁概念演示,不等同于主计算。

—
环向应力 σθ [MPa]
—
轴向应力 σl [MPa]
—
von Mises σvM [MPa]
—
安全系数 S.F.
内压 p 2.0 MPa
环向应力 σθ 轴向应力 σl(=σθ/2) 薄壁公式:σθ=pr/t,σl=pr/2t。验证:p=2 MPa,r=0.5 m,t=10 mm → σθ=100 MPa,σl=50 MPa。
壁内应力分布 — Lamé方程
σ_θ max(周向)
—
MPa
σ_r 内壁
—
MPa
σ_vM max
—
MPa
安全系数 S.F.
—
σ_Y / σ_vM
t/R 比
—
薄壁判定
薄壁参考t(非规范)
—
mm
壁内应力分布 — Lamé解
断面图(环向应力分布)
理论与主要公式

Cylinder: σr = A − B/r²; σθ = A + B/r²; σz = A

Sphere: σr = A − B/r³; σθ = σφ = A + B/(2r³)

σvM = √[((σ1−σ2)² + (σ2−σ3)² + (σ3−σ1)²)/2]

S = σY/3 (assumed); thin-wall reference: t = pi ri/S (cylinder), pi ri/(2S) (sphere), po = 0

模型与输入定义

假定材料均质、各向同性且线弹性。圆筒为闭端,并忽略端部影响。不论薄壁提示如何,主计算始终采用Lamé解。

复现计算结果

  1. 以mm输入内半径ri、壁厚t,以MPa输入内压pi、外压po,再选择材料和圆筒/球体。
  2. 读取主计算的环向应力、内壁径向应力与最大三维von Mises应力。
  3. 上方动画使用独立的内压滑块,是不含外压的薄壁概念演示,不等同于主计算。

可复现算例

闭端圆筒:ri=250 mm、t=25 mm、pi=10 MPa、po=0、SS400。ro=275 mm,A=47.619 MPa,内壁B/ri²=57.619 MPa,因此σθ=105.2 MPa、σr=−10.0 MPa、σz=47.6 MPa。三主应力给出σvM=99.8 MPa,245/σvM=2.45。保持尺寸及压力不变,改为球体后σvM=60.3 MPa。

🙋
这个算例应检查什么?
🎓
每次只改变一个输入,对照公式与界面结果的变化。 上方动画使用独立的内压滑块,是不含外压的薄壁概念演示,不等同于主计算。

适用范围与注意事项

参考壁厚根据薄壁环向应力公式及假定S=σY/3反算,不使用ASME许用应力表、焊接效率、腐蚀裕量或温度修正,不属于规范设计。外压非零时不显示参考壁厚。屈曲、疲劳、蠕变、接管及残余应力须另行评价。

常见问题

不会。主计算始终采用圆筒或球体的Lamé解。t/ri<0.1只是考虑薄壁近似时的参考提示。
厚壁中的径向应力不可忽略。闭端圆筒还有轴向应力,球体则有两个相等的切向应力。
不表示。它是使用假定许用应力的教学参考值,不能用于规范符合性或制造批准。
不能。本工具计算弹性应力,但外压下即使应力较小,屈曲仍可能控制设计。

模型依据

检查范围包括显示单位、参考计算、输入敏感性、边界条件及三语言结果,不代表规范符合性或实际工程精度保证。