حاسبة إجهاد الحلقة

إجهاد الطوق عامل حاسم في تصميم وتحليل أوعية الضغط والأنابيب والهياكل الأسطوانية أو الكروية المماثلة المعرضة للضغط الداخلي أو الخارجي. هذا المقياس للإجهاد ضروري لضمان السلامة والنزاهة الهيكلية لهذه الأنظمة.

الخلفية التاريخية

ينشأ مفهوم إجهاد الطوق من الحاجة لفهم وقياس الإجهادات المؤثرة على جدران الهياكل الأسطوانية مثل الأنابيب والغلايات والخزانات تحت الضغط. وهو نتيجة مباشرة للهندسة الأسطوانية وتوزيع القوى عندما تكون هذه الأوعية مضغوطة.

صيغة الحساب

يحسب إجهاد الطوق (HS) في وعاء الضغط باستخدام الصيغة:

\[ HS = \frac{P \times r}{t} \]

حيث:

• HS هو إجهاد الطوق بالباسكال (Pa)،
• P هو الضغط المطبق على الوعاء (بالباسكال، Pa)،
• r هو نصف القطر المتوسط للوعاء (بالمتر، m)،
• t هو سمك جدار الوعاء (بالمتر، m).

مثال على الحساب

لوعاء ضغط بضغط داخلي قدره ٥٠٠،٠٠٠ باسكال (٥ بار)، وقطر متوسط قدره ١ متر، وسمك جدار قدره ٠٫٠١ متر:

١. حساب نصف القطر المتوسط (r): ٠٫٥ م. ٢. تطبيق صيغة إجهاد الطوق: HS = ٥٠٠،٠٠٠ × ٠٫٥ / ٠٫٠١ = ٢٥،٠٠٠،٠٠٠ باسكال أو ٢٥ ميجاباسكال.

أهمية وسيناريوهات الاستخدام

يُعد حساب إجهاد الطوق أمرًا بالغ الأهمية في هندسة وتصميم أوعية الضغط لمنع حدوث أعطال هيكلية. يتم تطبيقه في مختلف الصناعات، بما في ذلك النفط والغاز، ومعالجة المواد الكيميائية، وتوليد الطاقة، لضمان سلامة وموثوقية أنظمة التخزين والنقل للغازات أو السوائل تحت الضغط.

الأسئلة الشائعة

١. ماذا يشير إجهاد الطوق؟

• يقيس إجهاد الطوق الشد أو الإجهاد حول محيط أسطوانة معرضة لضغط داخلي أو خارجي، مما يشير إلى خطر الفشل الهيكلي إذا تجاوز الإجهاد قوة المادة.

٢. ما هو الفرق بين إجهاد الطوق والإجهاد المحوري؟

• يعمل إجهاد الطوق محيطيًا في جدران الأسطوانة، بينما يعمل الإجهاد المحوري على طول الأسطوانة. كلا النوعين من الإجهاد يحدثان في أوعية الضغط لكنهما يؤثران على الهيكل بشكل مختلف.

٣. هل يمكن أن يتجاوز إجهاد الطوق قوة الخضوع للمادة؟

• من الضروري تصميم أوعية الضغط بحيث لا يتجاوز إجهاد الطوق المحسوب قوة الخضوع للمادة، لتجنب التشوه الدائم أو الفشل.

إن فهم وحساب إجهاد الطوق بدقة أمران أساسيان للتصميم والتشغيل الآمنين لأوعية الضغط وأنظمة الأنابيب.