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1 # 牧辰星
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2 # 雲飛揚72417092
不會,水瓶到一定深度以後就不在下沉了。即使你想辦法把它放到了深海處,也不會爆炸,瓶子所收到的壓力是均勻的。就像是用手握住一個雞蛋一樣,你是握不碎的。除非你在某一點上的壓力特別大它才會碎!道理相同!
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3 # 來自星星的Joker
引數說明:
海水的密度取1.025×10³kg/m³
世界上最深的海在馬裡亞納海溝,最深處在
斐查茲海淵
,為10924米,是地球的最深點。百科上有說俄華人測量到了11929米。好吧,不爭論,以12000米記。根據中學物理
p=ρgh(適用於液體) 顯然,水越深壓強越大。
壓強大約在120MPa左右。什麼概念呢?1200個大氣壓強。
好像挺厲害的樣子哎~~~
1、空瓶情況(假定空瓶可以待住。為什麼要舉例說空瓶?因為材料力學有理論解呀,而且好分析,後面會說到。)(題主雖然沒有問,但是我已經說過原因了!!!)
(就不能想辦法讓它沉下去???灌點水銀進去好不好???放個鉛塊好不好???水銀和鉛塊對瓶壁有壓力?相比於120MPa的壓強這點壓力能不能忽略了???放進去一點東西有不會改變太多內壓。好吧,為啥這麼多人都回復說空瓶沉不下去?因為他們就知道這點簡單的漏洞,給你們科普一下
一個瓶子放在海底,會受到來自各個方向的壓力。
我首先想到了用薄壁圓筒來簡化。
材料力學中受內壓分析如下:
開始我想,外壓不就換個方向麼。
假定尺寸如下:
很容易得出軸嚮應力為480MPa,周嚮應力為960MPa。(此例非薄壁,故只是近似)
這個應力較大,一般玻璃很難抗住。
但是,但是,這都是擠壓應力,實際上,還有切應力,表面也有第3個方向上的正應力,所以,想知道怎麼壞的,還是很難的。而且這個瓶子還是個厚壁。所以,為了省事,我還是去用有限元吧。
下午哄騙師弟把計算站讓給了我,嘿嘿~~~
同樣的尺寸,壁厚為5mm,在120MPa的壓強下,應力大概是這個樣子。
注意,下圖變形比率為1,但是模量用的是玻璃(55GPa,泊松比0.25),真正這樣的變形,玻璃早碎了。
4510MPa,這怎麼能忍。及時消除應力集中,應力最大也有三千多兆帕,高強度鋼也受不了呀。
那怎麼辦?
好辦,“心細皮厚”。
將瓶子加厚!
現在加厚到15mm。
考慮到部分網格原因,有奇異點主要部分應力已經到了600MPa左右,嗯,舒服多了~~
2、灌海水的情況
上面計算的都是空腔,有點像我們的潛艇在水下的狀態。然而,題主非要灌水。灌水就罷了,還把瓶蓋給我蓋起來了~~~
你知道麼,你灌個水我頭疼了一晚上,如果非要把不可壓縮的水考慮進去,就要計算流固耦合了,雖然略微會點,不過要費事多了。
但是,毛主席教導我們,不要向困難低頭。於是,我想了個折中的辦法。
常溫下20℃時,水的壓縮係數 βw=4.5 × 10^-10/Pa=4.5 × 10^-4/MPa,或者說水的體積彈性模量是2.18×10^9Pa,一般處理成不可壓縮。由於瓶子受壓後體積變小,就會使得內部的水產生壓強,從而保護瓶子被壓扁。
不可壓縮,我想到的橡膠,比較軟,一般也被認為是不可壓縮材料。
於是,我用橡膠本構代替了水,希望得到比較好的結果。
果不其然~~~
還是5mm厚的瓶子應力瞬間降到了130MPa,和水壓差不多了。比較符合預期。
總結:
1、一般的空瓶子如果在這樣的壓力下,基本會被壓扁、壓碎。
2、裝滿水蓋上瓶蓋後,材料承受基本相當於當地的靜水壓力(不懂請查材料力學書),不是很弱的材料一般都沒有問題。(這裡涉及到材料強度問題,具體材料具體分析。注意,這裡是靜水壓力,所以和一般強度不能劃等號)
3、裝滿水不蓋瓶蓋,瓶子只承受靜水壓力,在120MPa靜水壓力下不破壞的材料基本沒有問題(如鋼鐵)。
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4 # 來自星星的Joker
引數說明:
海水的密度取1.025×10³kg/m³
世界上最深的海在馬裡亞納海溝,最深處在
斐查茲海淵
,為10924米,是地球的最深點。百科上有說俄華人測量到了11929米。好吧,不爭論,以12000米記。根據中學物理
p=ρgh(適用於液體) 顯然,水越深壓強越大。
壓強大約在120MPa左右。什麼概念呢?1200個大氣壓強。
好像挺厲害的樣子哎~~~
1、空瓶情況(假定空瓶可以待住。為什麼要舉例說空瓶?因為材料力學有理論解呀,而且好分析,後面會說到。)(題主雖然沒有問,但是我已經說過原因了!!!)
(就不能想辦法讓它沉下去???灌點水銀進去好不好???放個鉛塊好不好???水銀和鉛塊對瓶壁有壓力?相比於120MPa的壓強這點壓力能不能忽略了???放進去一點東西有不會改變太多內壓。好吧,為啥這麼多人都回復說空瓶沉不下去?因為他們就知道這點簡單的漏洞,不交代一下他們就能認為找到了漏洞。
一個瓶子放在海底,會受到來自各個方向的壓力
開始我想,外壓不就換個方向麼。
假定尺寸如下:
很容易得出軸嚮應力為480MPa,周嚮應力為960MPa。(此例非薄壁,故只是近似)
這個應力較大,一般玻璃很難抗住。
但是,但是,這都是擠壓應力,實際上,還有切應力,表面也有第3個方向上的正應力,所以,想知道怎麼壞的,還是很難的。而且這個瓶子還是個厚壁。所以,為了省事,我還是去用有限元吧。
下午哄騙師弟把計算站讓給了我,嘿嘿~~~
同樣的尺寸,壁厚為5mm,在120MPa的壓強下,應力大概是這個樣子。
注意,變形比率為1,但是模量用的是玻璃(55GPa,泊松比0.25),真正這樣的變形,玻璃早碎了。
4510MPa,這怎麼能忍。及時消除應力集中,應力最大也有三千多兆帕,高強度鋼也受不了呀。
那怎麼辦?
好辦,“心細皮厚”。
將瓶子加厚!
現在加厚到15mm。
考慮到部分網格原因,有奇異點主要部分應力已經到了600MPa左右,嗯,舒服多了~~
2、灌海水的情況
上面計算的都是空腔,有點像我們的潛艇在水下的狀態。然而,題主非要灌水。灌水就罷了,還把瓶蓋給我蓋起來了~~~
你知道麼,你灌個水我頭疼了一晚上,如果非要把不可壓縮的水考慮進去,就要計算流固耦合了,雖然略微會點,不過要費事多了。
但是,毛主席教導我們,不要向困難低頭。於是,我想了個折中的辦法。
常溫下20℃時,水的壓縮係數 βw=4.5 × 10^-10/Pa=4.5 × 10^-4/MPa,或者說水的體積彈性模量是2.18×10^9Pa,一般處理成不可壓縮。由於瓶子受壓後體積變小,就會使得內部的水產生壓強,從而保護瓶子被壓扁。
不可壓縮,我想到的橡膠,比較軟,一般也被認為是不可壓縮材料。
於是,我用橡膠本構代替了水,希望得到比較好的結果。
果不其然~~~
還是5mm厚的瓶子應力瞬間降到了130MPa,和水壓差不多了。比較符合預期。
總結:
1、一般的空瓶子如果在這樣的壓力下,基本會被壓扁、壓碎。
2、裝滿水蓋上瓶蓋後,材料承受基本相當於當地的靜水壓力(不懂請查材料力學書),不是很弱的材料一般都沒有問題。(這裡涉及到材料強度問題,具體材料具體分析。注意,這裡是靜水壓力,所以和一般強度不能劃等號)
3、裝滿水不蓋瓶蓋,瓶子只承受靜水壓力,在120MPa靜水壓力下不破壞的材料基本沒有問題(如鋼鐵)。
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我認為應該會吧。這要看這瓶水的密度了。密度小的話。承受不住壓力,肯定會炸啊。初中物理上學過。如果不對的話,請原諒我,我是文科生。