单选题
202.单选题 管道的环向应力是由管道的()产生的。
A
管道内压或外压
B
管道热膨胀
C
管道自重
D
其他选项都是
答案解析
正确答案:A
解析:
本题考查管道应力分析中的环向应力(也称周向应力、 hoop stress)的产生原因。
环向应力是管道在承受内压或外压时,在管壁圆周方向上产生的拉伸应力。其经典计算公式为拉梅公式(Lame’s formula)简化形式(薄壁圆筒假设):
σ_h = (p·D) / (2t)
其中:
σ_h 为环向应力,
p 为内压与外压之差(即净压力),
D 为管道平均直径(或内径,视工程近似而定),
t 为管壁厚度。
该公式明确表明:环向应力直接由管道内外压力差引起,是压力作用于曲面管壁所产生的周向拉伸效应。这是压力管道最典型、最主要的环向应力来源。
选项分析:
A:管道内压或外压 —— 正确。内压使管壁受周向拉伸;外压(如真空、深水覆土等)虽可能引发失稳,但在弹性范围内仍会产生环向压缩应力,同样属于压力引起的环向应力。因此,环向应力的本质来源是压力(内压或外压)。
B:管道热膨胀 —— 错误。热膨胀主要引起轴向应力(若受约束)或弯曲应力(在弯管或约束不均时),也可能产生径向应力,但不会直接产生显著的环向应力。热膨胀是温度载荷,其应力分布以轴向和弯曲为主,环向分量可忽略。
C:管道自重 —— 错误。自重属于垂直向下的分布载荷,主要导致管道弯曲,从而在截面上产生竖向平面内的弯曲正应力和剪应力,最大正应力出现在上下母线处(轴向方向),而非环向。自重不改变管壁周向的力学平衡,故不产生环向应力。
D:其他选项都是 —— 错误。因B、C均非环向应力的成因,故该选项不成立。
核心知识点总结:
- 环向应力是圆筒形承压构件特有的基本应力分量之一(另两个为轴向应力、径向应力);
- 其物理本质是内压/外压作用于曲面所引发的周向薄膜拉伸(或压缩)效应;
- 在ASME B31系列管道规范及《压力容器安全技术监察规程》中,环向应力始终作为首要校核应力,直接关联爆破失效模式;
- 温度载荷、重力载荷、位移约束等可能引起轴向应力、弯曲应力或二次应力,但不构成一次环向应力。
综上,正确答案为 A。
相关知识点:
管道环向应力,源于内外压力
题目纠错
专项训练-特种设备安全管理A(全部)
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