Почему большие ёмкости под давлением делают выпуклыми , а малые емкости вогнутыми ?

Question

Почему большие ёмкости под давлением делают выпуклыми , а малые емкости вогнутыми ?

NORD Гений (60670), закрыт 13 лет назад

Например у баллонов с газом выпуклое дно и верх округлый , или у цистерн выпуклые сферические торцы , а у баллончиков с газом или у бутылок с шампанским дно сферически вогнутое .
Про равномерность распределения понятно при выпуклом дне , обеспечивает ли вогнутое дно такую же равномерность давления , когда переход от цилиндрической формы не плавный , как с выпуклым дном ?
Обеспечивает ли вообще вогнутое дно такую равномерность давления ?
Либо в малых ёмкостях это не так критично , когда для одного и того же газа в сжиженном состоянии в большом баллоне стенки стальные в сантиметр толщиной , а для баллончика для заправки зажигалок достаточно жести ?

Answer 1

Для высокого давления, например, 300 атм в акваланге, намного важнее использовать толстую сталь, чем экономить за счет хитрой ее формы. Ну, а из толстой стали уж наверно рентабельнее, технологически проще изготовить баллон простой геометрии. При выпуклом дне сталь будет работать на растяжение, а это она хорошо умеет.

Железнодорожные цистерны никогда не используются под такими высоким давлениями, это просто опасно - при таком-то объеме. Перевозят, например, жидкий газ (для тех же зажигалок или автомобилей) . Давление при этом не такое уж высокое, зато масса - ого-го. Цистерна должна быть прочной, и не колыхаться, когда тонны жидкости в ней будут плескаться от качки.
В газовом баллончике тоже давление невысокое, открытый клапан легко удержать пальцем. Зато для такого мелкорозничного товара намного выгоднее сэкономить материал, как можно дешевле сделать. Поэтому берется пластик или тонкая жесть. Из всего этого совершенно нетрудно изготовить дно любой формы. И любая форма одинаково легко выдержит это давление. Между тем, вогнутое дно удобнее для быта - баллончик можно поставить на полку, и он не будет падать.

А вообще, в баллонах удобнее выпуклые формы - материал работает на растяжение, это нрмально.

Принцип арки, когда нагрузка накладывается на выпуклую сторону, используют в строительстве, т. к. там работают материалы, которые лучше держат нагрузку на сжатие.

Answer 2

Евгений Гуру (3355) 13 лет назад

запас прочности .

Answer 3

Ответ несколько проще с моей точки зрения : из соображений минимума расхода материала для заданного объёма газа или жидкости дно, безусловно, должно быть выпуклым у малых ёмкостей. Но ёмкость с выпуклым дном не будет устойчиво стоять на ровной поверхности, а это просто неудобно.
У бутылок с газированной водой - некоторое компромиссное решение - дно выпукло-вогнутое, общий контур дна тем не менее выпуклый, вогнутости позволяют ему ровно стоять на том же прилавке. Пример с бутылкой для воды показателен в этом смысле - при разливе многих и многих миллионов литров на счету каждые полцента стоимости тары...

Answer 4

Относительно тонкий материал из которого изготовляют баллоны (металл, армированный пластик) гораздо лучше работает на растяжение (выдерживает большую нагрузку без деформации и разрушения) , т. е. в идеальная форма для баллона это сфера, следом идет цилиндр с сферическими выпуклыми элементами на концах. В баллончиках же вогнутое дно, потому что выпуклое будет неудобно (не поставишь) , а если сделать плоским то такое дно будет неустойчивым и оно выгнется наружу, так что используется компромисс - вогнутое дно, оно выдерживает меньшее давление, но не меняет своей формы (устойчиво к деформации от внутреннего давления) . Одно время кстати были баллончики и с выпуклым дном, с пластмассовой юбкой внизу, чтобы поставить можно было.
А большие емкости с внутренним давлением всегда имеют выпуклые формы, потому как чем больше емкость с внутренним давлением, тем толще должны быть стенки при росте размеров емкости, чтобы его выдержать (при одинаковом материале емкости и одинаковом давлении) . И тут уже для экономии материала приходится ничем не пренебрегать.