В верхней полусфере отсечём часть оболочки нормальным коническим сечением с углом при вершине конуса и составим уравнение равновесия отсеченной части оболочки (рис. 2):
,
где – равнодействующая сил давления жидкости на стенку оболочки в проекции на
вертикальную ось.
Жидкость действует на стенку оболочки переменным давлением. Равнодействующую сил давления жидкости на вертикальную ось определим по формуле:
,
где – объём цилиндра; – объём шарового сегмента, рис. 2.
,
где - высота столба жидкости в расчётном сечении.
Рис. 2. Расчётная схема
Получаем:
.
Из уравнения равновесия после подстановки выражения для силы имеем:
.
Отсюда меридиональное напряжение:
.
Определим кольцевое напряжение . Для этого обратимся к уравнению Лапласа, учитывая, что для сферической оболочки R1=R2=R::
,
где - давление жидкости в рассматриваемом сечении оболочки.
После подстановки в уравнение Лапласа получаем:
|
|
.
Принимая угол в диапазоне от 0˚ до 90˚, занесём значения составляющих уравнения равновесия, кольцевых и меридиональных напряжений с шагом угла , равным 10˚,в таблицу 1.
Таблица 1
, град. | л, м3 | , м3 | , Н | , Па | , Па | , Па |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
10 | 0,002049 | 0,001027 | 11,445 | 191,409 | 2,442 | 7,350 |
20 | 0,032 | 0,016 | 174,869 | 759,818 | 9,616 | 2,925 |
30 | 0,15 | 0,077 | 818,854 | 1688 | 2,107 | 6,528 |
40 | 0,432 | 0,226 | 2314 | 2948 | 3,603 | 1,148 |
50 | 0,938 | 0,503 | 4870 | 4501 | 5,338 | 1,768 |
60 | 1,677 | 0,932 | 8349 | 6300 | 7,161 | 2,506 |
70 | 2,599 | 1,512 | 12170 | 8290 | 8,869 | 3,354 |
80 | 3,585 | 2,213 | 15360 | 10410 | 1,019 | 4,307 |
90 | 4,473 | 2,982 | 16700 | 12600 | 1,074 | 5,371 |