李健鹏
啥题目啊,提问者只是好奇吗?
最深海底压强:
菲律宾的马里亚纳海沟有11km水深,是地球最深点,约
p=11*1000*10kpa=110mpa=110N/mm2
钢球横截面积:
A0=1^2/4*π=0.25π
钢球钢材的截面积:
As=A0-0.6^2/4*π=0.16π
钢球材质的应力:
如果是实心球,那么就是海水压力110N/mm2,但因为是空心球,那么钢材的应力放大了,放大的倍数就是两个截面积比,
即: A0/As=0.25π/0.16π=1.5625倍
于是钢材应力: σ= 110*1.5625=172N/mm2
钢材的屈服强度:
建筑上常用钢材设计强度为f=210N/mm2,和f=310N/mm2。显然能抵抗海水压力。
建筑钢材一般是软钢,这个钢球我们可以考虑用更好的钢材,于是:
锅炉用钢:f=390N/mm2
潜艇用钢:f=600N/mm2,我国最新的研制潜艇材料为f=1000N/mm2
呵呵,哪里需要20cm厚度啊,如果是一般潜艇用钢材,只要8cm厚即可,而且已经考虑一点工程上的安全系数。
看看我国的在建潜艇
常规潜艇尽管潜水深度仅300m以内,但是壁很薄,钢材能够抗这么大直径的压力。
一般潜艇的壁厚也就是30~50mm,少数深潜的潜艇壁厚能有90mm以上,而且对于更深的要求,它还可以用双层壳体来改善受力。
海螺008
如果用铁做一个壁厚20cm,直径一米空心球,往最深的海沟投放,会压扁吗?扁成多少米?
首先,该球的半径为0.5米,根据球体的公式V=4/3πR^3可以计算该铁球的体积为(文中π取值3.14):
V铁空心球=4/3*3.14*0.5^3≈0.523m^3其次,可以根据铁的密度求出该空心铁球的质量m=ρ V(铁的密度取值7800kg/m^3),这里需要6个步骤完成:
1、将该铁球视为非空心的,则质量为m=7800kg/m^3*0.523m^3=4079.4kg;
2、该铁球为厚20厘米的空心球,则空心的部分为直径0.6米、半径为0.3米,其体积为:V空心部分=4/3*3.14*0.3^3≈0.113m^3;
3、将空心部分视为实心的,则其质量为:m空=7800kg/m^3*0.113m^3=881.4kg;
4、根据空气的密度为1.293kg/m^3,可计算出空心部分的空气质量为m空气=1.293kg/m^3*0.113m^3约等于0.146kg;
5、根据1、2、2三个计算所得数值,可得知铁球实心部分的体积为0.523m^3-0.113m^3=0.41m^3,其质量为4079.4kg-881.4kg=3198kg;
6、铁球的总质量m总=m实心+m空气=1989kg+0.146kg=3198.146kg
再次,根据阿基米德定律(F浮=ρ水gV排)以及g=9.8N/Kg,可以求得该铁球在水中所获得的浮力与受到的重力等数值。
1、F浮=1000kg/m^3*9.8N/kg*0.523m^3=5125.4N;
2、而该铁球重1989.347kg,也就是受到的重力为3198.146kg*9.8N/kg=31341.8308N
很显然,该铁球所获得的浮力与所受到的重力相差甚远,相差31341.8308N-5125.4N=26216.4308,因此该铁球必定会沉入海底。
至于题主问的“扁成多少米”这个则需要综合分析,毕竟铁是相当致密的,具有很强的抗压性。根据小地在前几题中求得的,最深的海底(马里亚纳海沟斐查兹海渊-11034米)的水压相当于1100个标准大气压。
根据1标准大气压=1.01x10^5N/m²进行推算,1100个标准大气压就相当于111100000N牛的重力。而由于空气的密度较低,在受到1.111亿牛的作用力时,铁球内部的空心部分肯定会被压缩以至于铁球变形破裂,当然铁球破裂之后其体积不会进一步变化,因为铁真的很结实啊!
地理那些事
不会被压扁。
因为20cm的钢铁外壳可以足够抵御马里亚纳海沟的压强。
已知的最深的地方是的马里亚纳海沟,深度为11984米
可以参照目前人类下潜最深的潜艇,下潜到了10911米,这个深度已经非常接近马里亚纳海沟:
下潜到那个深度的时候,压在外壳上的压强是110MPa,
这个潜艇的外壳厚度是12.7cm,设计抵御的压强是1300MPa(安全第一所以十倍保险),因为水压强和下潜深度是线性关系,所以理论上可以在深潜10倍
12.7cm的外壳就可以让18米长的潜水器在10.9km的水下坚不可摧,所以20cm的外壳当然可以在10984米深的大海最深处毫发无损
Pjer地学天文
直接答案:并不会压扁,这么厚的铁球怎么会压扁了,生物极限都达到了水下8370米,一个铁球又怎么会被压扁。
铁的密度是水密度7.85倍,比水大的多,所以同等体积下,铁球重量比排开水的质量要大的多,中心挖掉一个圆球仍然不会漂浮起来,是可以下沉的,当然还可以通过计算来比较浮力和重力。
图释:的里雅斯特号深潜器
熟悉材料学的读者知道,铁是一种混合物,要具体到某种型号,添加了哪些元素来谈材料的强度才有意义,1960年,长15.1米,宽3.5米,壁厚12厘米的的里雅斯特号深潜器就曾经下潜到马里亚纳海沟,并安全返航,其外壳并不是纯铁,而是合金。
图释:我国蛟龙号,外型像一只鲸鱼
曾经下潜到水下7000米的蛟龙号外科是BT22型超强钛合金,并且含有铝、钼、铬等金属,材料的抗压性能最强都可以达到1300兆帕,铁球的形状是圆形,比载人潜水器更为规则,从结构上来看更为稳定,能抗更大的压力,即使是普通的铁,20厘米厚度的铁也不会被压扁。
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核先生科普
这个问题,与之前的类似,所以我就再来算一次。
1、参数计算
需要用到的参数也简单就是密度7800kg/m3,弹性模量200GPa,泊松比0.33。另外,已经有人计算过了,这么大的铁球,完全可以沉入海底,并不会浮起来。
2、问题简化
如之前的那个问题,直径一米的铁球,上下的压差与收到的压力相比较小,就直接忽略了。既:在本文的分析中,认为铁球收到完全均匀的压力。
此外,铁球在下落过程中,压力逐渐真大,铁球的相应非常快。当铁球跌落到海底时,它的变形已经完成。实际上,也正是如此。
假设,内部真空。
3、理论分析
与实心球不一样,空心球内的应力要远大于外载,原因就在于投影面积不一样:外载的投影面积不变,但是内部的横截面积却变小了,如下图。
如果时薄壁,那么可以认为厚度方向的应力都一样,其内部应力可非常简单的就得到,感兴趣的自行计算(参考材力)。但是对于20cm厚的铁球,显然并不均匀分布。
为了说明问题,先考虑二维无限大平面,内含一个圆孔。我们知道,圆孔的存在造成了应力集中,既孔周应力远大于外载。三维情况同样如此:在洞的附近,应力要大于远处,并不呈现均匀分布的情形。
4、数值计算
取球体1/8模型,如下图,壁厚0.2m。
为了模拟下落的过程,载荷取了线性增加(为了方便计算,最大载荷100MPa,不是111.4MPa)。实际下落时间非常长,横坐标的时间并不是真实时间,而实分析步时间,用于增量计算的。主要考虑的是载荷的线性增加过程。
此外,还考虑了重力的影响。虽然,重力与外载相比较小。最后的载荷图如下。黄色箭头是重力,粉色箭头是水压。
结果如下:等效应力(Mises应力)内层最大,外层最小,这与理论分析结果一致,由于孔洞造成的应力集中。外层压力170MPa,远大于外载100MPa,可见这两个应力并不连续。
三个方向的主应力如下,都是负的,表明是压应力。其中最大主应力是厚度方向,另外两个是环向的。从厚度方向看,主应力最大值129MPa,同样大于外载100MPa,再次说明内应力与外均布载荷不连续。当然,如果壁厚非常厚,那么最外层内应力肯定与外均布载荷是一致的。
位移结果
针对提问,肯定不会被压扁,那么到底压了多少位移呢?请看下图,最大位移也在内层,其值8.24e-4m,即0.8mm。外层压缩了0.7mm。相对于之前的实心球0.022mm,显然空心球的体积被压缩的更小。当然,没有直接的可比性,因为直径不一样。
总结
写到这里,突然发现建模用的半径1m,将错就错吧。半径1m的空心铁球,内部真空情况下,外侧会被压缩0.7mm左右的位移,但是并不会被压扁。
力学Nerd王小胖
题主你只说壁厚20cm,没说球的直径是多少,若球的直径40cm,实际是一个实心铁球,肯定是压不扁的。你的题目条件不完善,此题无效。
lipuren
为什么不用钢制而要用铁?直径1米指的是内径还是外径?制造工艺用铸造还是锻造?扁成多少米是啥意思?
繁台秋色
回答这个问题不必罗里罗索,说多了都懒得看下去。分三步:1、该球重力大于浮力,因此能沉入水底。2、在水底,上下最大压差为1吨。可视为各向对球心方向施加压力相等。3、球弧各处抵抗压力:近似相同,结论:压不扁。
王正峰
直径100cm,壁厚为20cm的空心球(设:钢球采用屈服强度为240MPa的钢材制作),需外界压力达154MPa时开始屈服变形,相当于15000米深海水深度,才发生屈服变形,地球最深海沟11000米因此这钢球是可以到达最地球最深海底,取出球后残余变形不超过0.2%,小于2毫米。
手机用户4956637504啊
这是个非常不专业的人提出的问题,因为他用了“铁”字。
因为同样是合金钢,屈服强度差的很多。
可以讲,如果是高强度钢,球形,外压,壁厚200mm毫无问题。
我们的一项研究中,设备:耐压150MPa,温度200℃,柱形,内压。
可知,所有的条件都远比本问苛刻,我们用国产高强度合金(不锈)钢,轻松解决。