расчет вакуумного сосуда

[gemini74 4]

Всем доброго дня.

Поставили задачу сделать расчет мерника, работающего под вакуумом. Требуется проведение расчетов на прочность и устойчивость по стандартам группы ГОСТ 34233. Не нашел нигде расчет расчет МКЭ

в SW simulation вакуумного сосуда или емкости. Конечно в первую очередь такой сосуд считается на устойчивость. Этот расчет сделал. Есть вопрос. Допустим я делаю статический расчет этого сосуда. Я задаю  в качестве нагрузки внешнее атмосферное давление 1 атм на наружные стенки сосуда. В качестве второй нагрузки - силу тяжести. В качестве третьей нагрузки я должен или нет указать давление на внутренние стенки нормальные поверхностям , но с обратным направлением "-1 атм"  или это неправильно и вакуум не задается , а только атмосферное давление.? И тут еще есть два случая. В первом из сосуда выкачали газ и перекрыли все подводы , отводы клапанами. Т.е в сосуде вакуум близко к - 0 атм. И давление как таковое от вакуума не задаю в принципе. А второй , когда магистрали перекрыты кроме вакуумной, т.е насос на линии продолжает работать. Можно ли в этом случае говорить о разряжении -1 атм, или это неправильно и надо задавать 0 атм, а вернее вакуум не задается? Подскажите пожалуйста Ваше мнение . 

 

 

Edited June 19 by gemini74

[inn3r 18]

https://www.youtube.com/watch?v=_P0zZIMVWJU - плохо искали
https://www.youtube.com/watch?v=GzU2PJTWx90 - для линеаризации напряжений

Если это не какая-то задачка от препода для работы в SW. Здесь МКЭ избыточен, достаточно того госта который вы указали.

 

[gemini74 4]

19.06.2026 в 16:57, inn3r сказал:

https://www.youtube.com/watch?v=_P0zZIMVWJU - плохо искали
https://www.youtube.com/watch?v=GzU2PJTWx90 - для линеаризации напряжений

Если это не какая-то задачка от препода для работы в SW. Здесь МКЭ избыточен, достаточно того госта который вы указали.

 

Мне кажется Ваши примеры не подходят в моем случае. Разные задачи и расчетные случаи. В ваших примерах рассматривают емкость под внутреннем давлением.  У меня же вакуумный сосуд. Вакуум действует по другому. Всего 1 атмосфера, но емкость может схлопнутся взрывообразно. Теряет устойчивость вмиг. В ГОСТе тоже неявно вроде можно посчитать сосуд под вакуумом. Но это какие-то непонятные формулы, то ли эмпирика, то ли аналитика. Непонятно 

откуда , что вытекает. Я рассчитывал найти подобную задачку, думал много людей сталкивается с вакуумниками на основе МКЭ.  Но видимо не особо. Решения или методики в виде статической задачи МКЭ видимо нет. Вопрос основной -как учитывать вакуум , если бы можно было бы посчитать статику. Даже в ПАССАТЕ я не понял как он посчитал, как раз таки по ГОСТУ. У меня старенькая версия, в которой заметил ошибки при вводе данных. У них там напутаны индексы переменных. В итоге ПАССАТ выдает какие-то ошибки и нарушения условий расчета.  И задача не от препода для картинки, а реальная . 

[jtok 1,078]

19.06.2026 в 14:57, gemini74 сказал:

В качестве третьей нагрузки я должен или нет указать давление на внутренние стенки нормальные поверхностям , но с обратным направлением "-1 атм"  или это неправильно и вакуум не задается , а только атмосферное давление.?

Мрак конечно какие у вас отношения с вакуумом.  Ответ на вопрос - "Не должен")

 

Считаем постоянно на вакуум или разряжение.

1 час назад, gemini74 сказал:

Решения или методики в виде статической задачи МКЭ видимо нет

Тысячи их.

 

Чем  отличается расчет на внутреннее избыточное давление от расчета на вакуум герметичного сосуда?

Тем, что при первом нет потери устойчивости, его "распирает", а во втором - есть.

И в первом - достаточно выполнить только статический расчет на прочность, а во втором случае нужно выполнить два расчета - на статику (прочность) и на устойчивость, и выбирается конструктивный вариант, удовлетворяющий обоим расчетам.

 

1 час назад, gemini74 сказал:

Теряет устойчивость вмиг

Вмиг или не в миг - неважно. Главное, чтобы устойчивость была обеспечена, при всех её  формах потери.

 

1 час назад, gemini74 сказал:

Даже в ПАССАТЕ я не понял как он посчитал, как раз таки по ГОСТУ.

Как правило зависимости ("формулы") в статике выводятся аналитически, типа Напряжение=Сила/Площадь, а вот для расчета потери устойчивости бывает применяют эмпирические формулы, т.к. форм потери устойчивости может быть много, а формула одна) 

 

Но, одна из старейших аналитических зависимостей при потери устойчивости цилиндрических оболочек - формула Леви, выведена в  конце 19 века и выглядит она так:

Edited June 29 by jtok

[gemini74 4]

8 часов назад, jtok сказал:

Мрак конечно какие у вас отношения с вакуумом.  Ответ на вопрос - "Не должен")

 

Считаем постоянно на вакуум или разряжение.

Тысячи их.

 

Чем  отличается расчет на внутреннее избыточное давление от расчета на вакуум герметичного сосуда?

Тем, что при первом нет потери устойчивости, его "распирает", а во втором - есть.

И в первом - достаточно выполнить только статический расчет на прочность, а во втором случае нужно выполнить два расчета - на статику (прочность) и на устойчивость, и выбирается конструктивный вариант, удовлетворяющий обоим расчетам.

 

Вмиг или не в миг - неважно. Главное, чтобы устойчивость была обеспечена, при всех её  формах потери.

 

Как правило зависимости ("формулы") в статике выводятся аналитически, типа Напряжение=Сила/Площадь, а вот для расчета потери устойчивости бывает применяют эмпирические формулы, т.к. форм потери устойчивости может быть много, а формула одна) 

 

Но, одна из старейших аналитических зависимостей при потери устойчивости цилиндрических оболочек - формула Леви, выведена в  конце 19 века и выглядит она так:

 

Возможно действительно мрак. Поэтому и советуюсь и спрашиваю. Я считал в замкнутой системе, когда просто вакуум без работы насоса сила только от наружного атмосферного.  А в случае не замкнутой возникает дополнительная сила разряжения от работающего насоса. У меня нет возможности влазить глубоко в теорию и выводить формулы. Но вот на форуме при множестве тем не нашел подобной задачки.

[jtok 1,078]

10 минут назад, gemini74 сказал:

...просто вакуум без работы насоса ... не замкнутой возникает дополнительная сила ...

Ясно.

 

Если кратко - то вы бродите в потемках. Попытаюсь озарить светом нетленным ваш путь в бесконечность познания.

 

Первое - вакуума не существует. Вы воспринимаете его как некую сущность, но её нет.

Есть просто разница давлений снаружи и внутри замкнутой (или незамкнутой) системы. И есть направление, куда эта разница приложена.

Что хорошо - давление это всегда нормально поверхности. Вот и все.

 

Что из этого следует - например, если мы соорудим сосуд, закроем его герметично и на поверхности нашей планеты погрузим его в пресную воду на глубину 10м, то давление воды создаст полностью аналогичные напряжения в сосуде, как если бы он находился не в воде и в нем был бы "вакуум".

Еще пример - если мы поместим герметично закрытый сосуд (в нем абс.давление 1 атм, т.к. мы его закрывали на поверхности нашей планеты) в другой герметичный сосуд (барокамера) и создадим в ней давление 2атм.абс (1атм.изб), то опять напряжения в нашем сосуде будут полностью аналогичны как если бы в нем был "вакуум".

 

Никаких "дополнительных сил" от работающих или неработающих насосов также не существует. Есть только разность давлений, которые они обеспечивают в данный момент и на максимум этих разностей вам и нужно считать ваш сосуд/аппарат.

 

Еще помогает понять про "вакуум" осознание того, что мы живем на дне океана из газа (называемого атмосферой). Глубина этого океана примерно 60км. Давление на его дне, что удивительно, как раз равно 1 атм, ну или если точнее то 101325Па.

И существование "вакуума" объясняется как раз наличием этой атмосферы, которая своим давлением давит на всё, что на дне.

 

И если сосуд открыт, то она давит как снаружи, так и внутри. А если закрыт и газ откачан, то только снаружи.

 

Надеюсь, что-то проясняется.

[a_schelyaev 418]

7 часов назад, gemini74 сказал:

 

Возможно действительно мрак. Поэтому и советуюсь и спрашиваю. Я считал в замкнутой системе, когда просто вакуум без работы насоса сила только от наружного атмосферного.  А в случае не замкнутой возникает дополнительная сила разряжения от работающего насоса. У меня нет возможности влазить глубоко в теорию и выводить формулы. Но вот на форуме при множестве тем не нашел подобной задачки.

В момент начала работы насоса у штуцера есть местный разгон потока и понижение давления. Но далее по мере понижения давления в сосуде это местное разряжение стремится к нулю, т.к. насосу откачивать становится нечего. В режимах вакуума его уже нет в значимых количествах, а значит нет вообще.

[Богоманшин Игорь 381]

6 часов назад, jtok сказал:

Первое - вакуума не существует.

Как так не существует!? Вчера только слушал лекцию про вакуум!

Скрытый текст

Шутка. 

 

[gemini74 4]

28 минут назад, a_schelyaev сказал:

В момент начала работы насоса у штуцера есть местный разгон потока и понижение давления. Но далее по мере понижения давления в сосуде это местное разряжение стремится к нулю, т.к. насосу откачивать становится нечего. В режимах вакуума его уже нет в значимых количествах, а значит нет вообще.

Вот и я про тоже. Есть переходные процессы , при которых действует дополнительная аэродинамическая сила . Пример с пылесосом. Можно сказать вакуума еще нет. Но есть сила всасывания, тяга, которая действует на поверхности 

и тела внутри емкости или сосуда. 

[jtok 1,078]

24 минуты назад, gemini74 сказал:

Но есть сила всасывания, тяга...

"Силы всасывания" нет.  Есть область пониженного давления за насосом, которое создается насосом пылесоса.

И в которую устремляется океан воздуха, в котором мы плаваем, под действием атмосферного давления в 1 атм.

Если допустим океан воздуха "кончится", то и это его "движение", которое вы принимаете за "силу" исчезнет.

28 минут назад, gemini74 сказал:

тяга, которая действует на поверхности и тела внутри емкости или сосуда. 

Опять раздвоение - "На поверхности" и "Внутри емкости". Океан воздуха, в котором мы плаваем, действует только "На поверхности", внутри ничего не действует.

Еще раз, если есть область пониженного давления, которое создал насос пылесоса, то атмосферное давление просто давит со всех сторон, в т.ч. в торец отверстия пылесоса, что создает в нём тягу.

 

И еще раз - "вакуума" не существует. Есть давление атмосферного океана, которое направлено по нормали ко всем поверхностям, находящимся в этом океане, и на дне океана оно равно 1атм.

 

Еще вот задачка из нашей практики. Я был весьма удивлен, что на нашем предприятии многие инженерные работники на полном серьёзе топили за свой вариант, также не понимая настолько очевидных вещей.

Дано - аппарат композитный, внутри плитка графитовая на клею. Снаружи улица, внутри почти 100% вакуум, или 0,01бар.абс.

Скрытый текст

Вопрос - оторвется ли плитка от стенки емкости, там же "вакуум"? Клеить надо на такой суперклей, шоб выдержало же? И плитку разломает, не пойдет графитовая, "вакуум"!

Или на плитку не действует особо ничего? И можно на соплях и графитовую? Ну как же, там же "вакуум"!

 

Ответ - плитку можно на соплях. Атмосферное давление действует только снаружи на стенку сосуда. Изнутри плитку ничего не отрывает. Нет там никаких "сил всасывания".

Но куча народу на серьезных щщах утверждало, что это не так. Даже експиримент ставили. Подтвердили ответ выше.

 

Еще вопрос - может ли быть "сильный вакуум"? Насколько он может быть сильным? Например, внутреннее избыточное давление в сосуде/аппарате может быть допустим 10бар. Или 100бар. Ну или даже 1000. Большое. А насколько большим может быть вакуум? Удивительно, но больше чем 1бар.абс он быть не может. А у вас получается, что есть "вакуум", плюс "сила всасывания", плюс она на всех поверхностях - внутри и снаружи, и еще и складывается - то значит может быть и больше 1бар.абс?

[gemini74 4]

12 минут назад, jtok сказал:

"Силы всасывания" нет.  Есть область пониженного давления за насосом, которое создается насосом пылесоса.

И в которую устремляется океан воздуха, в котором мы плаваем, под действием атмосферного давления в 1 атм.

Если допустим океан воздуха "кончится", то и это его "движение", которое вы принимаете за "силу" исчезнет.

Опять раздвоение - "На поверхности" и "Внутри емкости". Океан воздуха, в котором мы плаваем, действует только "На поверхности", внутри ничего не действует.

Еще раз, если есть область пониженного давления, которое создал насос пылесоса, то атмосферное давление просто давит со всех сторон, в т.ч. в торец отверстия пылесоса, что создает в нём тягу.

 

И еще раз - "вакуума" не существует. Есть давление атмосферного океана, которое направлено по нормали ко всем поверхностям, находящимся в этом океане, и на дне океана оно равно 1атм.

 

Еще вот задачка из нашей практики. Я был весьма удивлен, что на нашем предприятии многие инженерные работники на полном серьёзе топили за свой вариант, также не понимая настолько очевидных вещей.

Дано - аппарат композитный, внутри плитка графитовая на клею. Снаружи улица, внутри почти 100% вакуум, или 0,01бар.абс.

  Скрыть содержимое

Вопрос - оторвется ли плитка от стенки емкости, там же "вакуум"? Клеить надо на такой суперклей, шоб выдержало же? И плитку разломает, не пойдет графитовая, "вакуум"!

Или на плитку не действует особо ничего? И можно на соплях и графитовую? Ну как же, там же "вакуум"!

 

Ответ - плитку можно на соплях. Атмосферное давление действует только снаружи на стенку сосуда. Изнутри плитку ничего не отрывает. Нет там никаких "сил всасывания".

Но куча народу на серьезных щщах утверждало, что это не так. Даже експиримент ставили. Подтвердили ответ выше.

 

Еще вопрос - может ли быть "сильный вакуум"? Насколько он может быть сильным? Например, внутреннее избыточное давление в сосуде/аппарате может быть допустим 10бар. Или 100бар. Ну или даже 1000. Большое. А насколько большим может быть вакуум? Удивительно, но больше чем 1бар.абс он быть не может. А у вас получается, что есть "вакуум", плюс "сила всасывания", плюс она на всех поверхностях - внутри и снаружи, и еще и складывается - то значит может быть и больше 1бар.абс?

Ваша модель земной атмосферы и сравнение ее с океаном, действующими силами очень сложная для понимания. При том что это динамическая модель , в которой очень много различных сил и атмосферных явлений. 

Можно взять более простую модель. Разгерметизация самолёта, космического аппарата. Отсек и открытый космос - это открытая вакуумная система. И силы возникают значительные в момент выхода газов из отсека. 

Насчет вашего случая вакуум "высасывает" из всех тел, материалов внутри емкости прежде всего газы, легкие компоненты, меняя первоначальную структуру, химические связи между молекулами. Наверно имелось это ввиду. 

И если при этом клей может потерять свои основные свойства , то и недалеко от отрыва плитки. Все наверно зависит от скорости деградации материалов, как она соотноситься со сроком службы. 

[jtok 1,078]

1 час назад, gemini74 сказал:

очень сложная для понимания

Ясно. Ну, не получилось, надо признать. Умываю руки.

[vasillevich68 747]

2 часа назад, gemini74 сказал:

Насчет вашего случая вакуум "высасывает" из всех тел, материалов внутри емкости прежде всего газы, легкие компоненты, меняя первоначальную структуру, химические связи между молекулами.

Вопрос  Беру газовую плитку и кастрюльку с водой и два куриных яйца. Подымаюсь в Домбае на гору и пытаюсь сварить одно яйцо.

Вода в кастрюльке кипит, яйцо кувыркается, варится (думаю я). Прошел час, достаю, разбиваю, а оно сырое  

Беру второе яйцо, кастрюльку, газовую плитку и спускаюсь вниз. Внизу ставлю вариться второе яйцо и оно варится как ни в чем не бывало.

Что такого магического происходит с этими дурацкими яйцами, что из них "высасывается" на горе, и снова "всасывается" в них внизу??? Почему яйца не варятся на высоте 3000 м, но варится как ни в чем не бывало внизу???

[gemini74 4]

4 минуты назад, vasillevich68 сказал:

Вопрос  Беру газовую плитку и кастрюльку с водой и два куриных яйца. Подымаюсь в Домбае на гору и пытаюсь сварить одно яйцо.

Вода в кастрюльке кипит, яйцо кувыркается, варится (думаю я). Прошел час, достаю, разбиваю, а оно сырое  

Беру второе яйцо, кастрюльку, газовую плитку и спускаюсь вниз. Внизу ставлю вариться второе яйцо и оно варится как ни в чем не бывало.

Что такого магического происходит с этими дурацкими яйцами, что из них "высасывается" на горе, и снова "всасывается" в них внизу??? Почему яйца не варятся на высоте 3000 м, но варится как ни в чем не бывало внизу???

Нет теплопередачи в отсутствии газа?

[vasillevich68 747]

4 минуты назад, gemini74 сказал:

Нет теплопередачи в отсутствии газа?

На горе вода в кастрюльке кипит, яйцо в кипящей воде находится час, но свертывания белковой массы не происходит. Об отсутствии какого мега теплопроводного газа идет речь???

[Snake 60 887]

19 минут назад, vasillevich68 сказал:

Почему яйца не варятся на высоте 3000 м

Температура кипения разная. На высоте вода закипает при 90 градусах, а белок сворачивается при 100 ))) Физика, мать ее ))

[BSV1 1,989]

11 часов назад, jtok сказал:

... если мы соорудим сосуд, закроем его герметично и на поверхности нашей планеты погрузим его в пресную воду на глубину 10м, то давление воды создаст полностью аналогичные напряжения в сосуде, как если бы он находился не в воде и в нем был бы "вакуум".

Это если не учитывать деформацию стенок сосуда.

 

3 часа назад, jtok сказал:

Вопрос - оторвется ли плитка от стенки емкости, там же "вакуум"?

Это зависит в том числе и от того, насколько деформируется стенка. Да и деградацию клея в вакууме тоже исключать нельзя.

[vasillevich68 747]

15 минут назад, BSV1 сказал:

Это зависит в том числе и от того, насколько деформируется стенка.

 О, вспомнился из детских лет выпуск киножурнала "Хочу все знать!" в котором воздушную винтовку заряжали целой семечкой, и выстрелив ею  получали на выходе шелуху и ядрышко отдельно (деформация не при делах) 

[jtok 1,078]

1 час назад, vasillevich68 сказал:

Почему яйца не варятся на высоте 3000 м, но варится как ни в чем не бывало внизу???

При пониженном атмосферном давлении на высоте 3000м вода закипает при температуре 90оС.

Этого должно быть достаточно для того, чтобы сварить яйцо, т.к. температура денатурации белка от 70 до 80оС.

Скрытый текст

Возможно, вода у вас на вершине еще не закипела, хотя выглядела, как кипящая. Если было хотя бы градусов 70, то как минимум за 20 минут яйцо сварить возможно.

50 минут назад, BSV1 сказал:

Да и деградацию клея в вакууме тоже исключать нельзя.

Если мы вспомним утверждение, что "вакуума" не существует, то и деградации клея никакой и нет.

Клей отверждён, его молекулярные связи сшиты, в нём нет пустот и газов, которые могли сохраниться при атмосферном давлении и захотели бы "выйти" из толщи клея при разрежении.

52 минуты назад, BSV1 сказал:

Это зависит в том числе и от того, насколько деформируется стенка

Этим мы пока пренебрежем. 

[vasillevich68 747]

7 часов назад, jtok сказал:

Возможно, вода у вас на вершине еще не закипела, хотя выглядела, как кипящая.

 

Т.В. Черниговская говорит: не общайтесь с адептами всасывающего вакуума - это заразно!!!