1、 l第十二章壓力容器開孔與接管一.重點殼體開孔的壓力特點開孔接管的應力集中系數的定義開孔補強的目的開孔補強的結構及方法等面積補強的原則等面積補強計算面積有哪些?二.殼體上開孔的原因三.殼體上開孔后產生的問題開孔后,造成殼壁不連續,在孔邊緣產生應力集中接管后,殼體與管的結構不連續,產生的附加彎應力殼體接管的拐角處，由于r引起的局部應力.結果:使孔附近的應力比薄膜應力大5-6倍,產生疲勞破壞和脆裂12.1容器殼體開孔時的應力分析.平板開小圓孔的應力分析分析條件:板長，寬孔徑2a載荷q作用于板上單向拉伸時的應力分析孔區附近的應力解(12-1)式利用彈性力學理論解知&0r(2)孔邊緣處的應力特點:時孔

2、邊緣處的應力,TQ0rOQq(l-2cos2O)O時孔邊緣處的周向應力分布特點當O0、兀時，平行于q方向的Oo=_q兀當O土一時，垂直于q方向的秫3q2O時隨的增大而迅速減小由式可知O雙向拉伸時的應力分析二.薄球殼開小孔的應力分析1.分析對象：球半徑R較大6D較小在開孔區域的殼近似板qqq12孔區附近的應力解利用q1q2q代入(12-4)可知(12-5),即；a21r2丿(q1+竺0”時，q0min25”當0土一時，q20max21)20丿五.平板開橢圓孔的應力分析1.單方向受拉伸時的應力分析(1)長軸平行于受拉方向時：孔口處r=a時的應力解(12-8)由于其應力表達式較復雜，僅給出最重要的孔

3、口應力表達式，即|p0r0(12-8)特點孔口處的0分布規律:0當=0、兀時，在長軸兩端=-qmin1當=時，在短軸的兩端=q(1+)2max1a長軸a垂直于受拉方向時孔口處的應力解(12-9)孔口處的分布規律當=0、兀時，在長軸兩端：=b=q(12a)：max2b辦當=時，在短軸兩端：=n=q2min22.雙向受拉伸時的應力分析q=2q21(1)孔口處的應力解：由(12-8)與(12-9)疊加即知(12-10)(2)孔口邊緣處的分布規律(特點)TOC o 1-5 h z2a2a HYPERLINK l bookmark56由(12-10)可知：在長軸的兩端a=q(1+)q=(0.5+)qma

4、x2b1b22b HYPERLINK l bookmark60在短軸的兩端=Q=q(1+)qmin1a2說明:開橢圓孔時，最大應力在孔邊緣=0、兀處(在長軸兩端)12.2開孔接管處應力集中系數的計算一.開孔接管時的應力集中殼體上開孔與平板開小孔有以下差別：開孔不是小孔.如：人手孔.故開小孔的假設不成立其理論不能運用.容器殼體是曲面，與平板不同.因為在開孔處由于曲面的影響，殼體存在彎曲應力容器開孔接管后，接管對開孔邊緣有約束作用.而平板開小孔理論，沒有考慮接管約束問題，所以對開孔接管問題，必須尋求新的分析方法.接管區的應力分析利用”力法”可求出該區域的應力分布情況和應力值“力法”：根據平衡，幾何

5、和物理方程根據理論計算和實際結果，查接管區的應力分布圖12-7二開孔接管處的應力集中系數計算max1.應力集中系數K的概念：(1)作用：求接管處的最大應力峰值 l如:球殼：bmaxbKgmax0pDi4葉士筒殼：bmaxKnpDi4設備實際最大應力殼體基本薄膜應力 l2.K的確定方法(1)應力指數法K的大小：查表12-1:適用條件P235(1)-(4)注：徑向接管：接管軸線與殼體半徑同一方向非徑向接管：軸線與殼體半徑不同方向(2)應力集中系數曲線：曲線形成：由理論與實踐綜合繪出適用條件：不能用指數法時采用曲線種類：圖12-12球殼平齊圖12-13球殼內入圖12-14圓殼平齊0.01rR0.4曲

6、線適用條件:Q30R150n當R150時，殼體很薄，則K取的比曲線值大些.n因為開孔造成彎曲應力效應大.應力集中系數曲線的推廣應用可用于補強殼體注意:利用曲線查K時將nt改用nt，nn為接管厚度，為加強后的厚度ntnt將開孔系數P中的改用查下的K值nnn橢圓封頭上開孔的K.不同點:當量半徑R=K1Ri1i其中:R是封頭的當量半徑;K1是修正系數，與a/b有關，查表12-2,R是封頭內半徑.1i l12.3開孔補強設計.開孔補強的概念開孔補強的目的:降低開孔接管處的應力峰值.因為容器的強度條件,所以應力峰值降低,設計時降低,S降低.maxnpD2鼻，:pc開孔補強設計的定義:為降低應力集中系數,

7、而作的計算與結構設計二.補強結構(補強元件類型)1加強管補強結構圖12-15.(d),(f)即在開孔處焊接一段加厚的接管特點:環焊縫少.易探傷,結構簡單適用范圍:低合金鋼,高壓設備2.整體鍛件補強:(1)結構:圖12-15(g),(h),(i)(2)特點:優:對焊,易探傷抗疲勞性能好缺:成本高,加工難適用范圍:高壓重要設備(3)加強圈的補強:結構:圖12-15.(a),(b),(c)特點:優:簡單,易加工,使用經驗豐富缺:抗疲勞性能差，熱應力大,K大s補n適用范圍:P241三:殼體開孔的有關規定1.允許不補強時開的最大孔直徑P242.(1)-(4)PW2.5MPac開孔中心距A=兩孔直徑和的2

8、倍.A2(,+,)12接管外徑d0=89mm l接管最小壁厚滿足表內要求.min2.殼體上允許開的最大孔直徑d,P242.(l)-max242(l)圓筒D150(時，d-且520mmimax2DD1500時，di且1000mmimax3(2)(3)凸形封頭與球殼的d才max2錐殼或錐形封頭的d?(D.為開孔中心處的錐殼內徑)max3i注:橢圓,碟形過度段部分開孔時,孔中心線垂直于封頭表面.四.等面積補強計算方法1.各國壓力容器規范主要采用的準則(補強準則的種類)因為補強的目的是降低開孔接管處的應力值,對這個應力值限制在什么范圍內,就出現了各種補強準則.(1)等面積補強準則(2)極限分析法(3)

9、安定性理論(4)其它方法:實驗屈服法實驗應力法等常用的開孔補強準則等面積補強準則等面積補強的原則在補強區(在鄰近開孔處附近處)所加補強材料的截面積A0應與開孔而失去的截面積A相等.即A0=A其含義:在于補強殼壁的平均強度,用開孔等面積的外加金屬來補強被削弱的殼壁強度.4.等面積補強計算方法.P243(1)判斷是否要補強計算滿足不另行補強的最大開孔直徑的條件者,不補強(2)計算開孔失去的面積A.3)確定補強區的有效范圍有效寬度B二2dB二d+25+25取大值nt ldd有效高度hhnthnt取小值有效高度1外伸長度2內伸長度取小值計算有效補強面積A0AA,A,A,A01234A殼體承受內壓或外壓所需設計厚度之外的的多余金屬面積1A(B-d)(-)-2(-c)(-)(1-f)enterA接管承受內壓或外壓所需的設計厚度之外的多余金屬面積2dA2h(-c)f,2h(-c-c)f1ntdr2nt2r其中()計算設計厚度edc厚度附加量cc+c12f強度削弱系數rA補強區焊縫面積3AJ底高)232A補強區內另加