压力容器切向开孔接管区的应力研究范文

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摘要：

压力容器指的是承装液体或者气体，形成一个封闭空间的设备。将压力容器切向，能够得到很多不同的位置的应力大小，能够和其他的容器接管部分的应力相互比较。当进行压力容器切向开孔的过程中，接管区会产生十分大量的应力，并且当管与筒体的距离越大，应力会越小，按照这样的规律，应力最大的部分应该是接管与筒体相互连接的位置，也是危险区域之一，与压力内的切向开孔接管的应力情况比较复杂。本文根据压力容器的性质，研究压力容器切开孔接管区的应力情况。

关键词：

压力容器；切向；开孔接管区；应力

压力容器在我国的生产工业中得到了广泛的使用，由于工业使用的需要，会对压力容器进行开孔接管工作，现阶段大多数的接管使用的都是正交开孔的方式或者是斜接管的方式进行接管工作。但是在接管工作的过程中，很可能会产生应力，严重的影响到了压力容器的使用，直接的导致压力容器的承载能力出现了变化，导致容器出现了一定的危险性，还可能会破坏设备容器的使用。所以，这就要求我们在进行压力容器接管的过程中，要对接管区的应力进行研究，能够提升设备的安全性。

1使用有限元模型的方式对压力容器的应力进行实验

1.1几何模型的设计使用几何模型进行实验的压力容器的设计，并对压力容器进行切开孔接管工作，设计压力容器的筒体内径达到两米，壁厚约为0.008m，接管的尺寸为：ø325mm*8mm。要按照对称性的要求对压力容器进行切向，可以取半米左右的压力管，按照轴向取二分之一左右，接管的长度约为一米。使用这样的规格对集合图形进行构建，并对压力容器各个位置的数据进行记录，达到了应力实验的标准[1]。

1.2实验材料的选择压力容器的材料可以选择普通碳素结构钢，也叫作A3板，这种材质的压力容器比较符合接管应力测试的要求。接管的材料可以选择20钢的材料进行实验。在实验的过程中，实验设计容器内的压力约为0.18MPa，可以设置压力容器内的温度约为115°C。在这些材料的选择中，可以得到压力容器的力学参数约为材料在进行切管的过程中，会受到单向受拉或受压的情况，此时，横向正应变与轴向正应变的绝对值之间的比值应该为μ0.3，其中压力容器的筒体材料产生的弹性模量E，大致为1.9*105MPa，设计的应力的大小应该为SM，约为130MPa[2]。

1.3压力容器的边界条件针对压力容器的切向开孔接管的工作，设置压力容器的位移边界的条件Z能够达到0，压力容器筒体中间部分的对称面Y也能够达到0，压力容器筒体左下部分的X的数值也是0。压力容器筒体的载荷边界条件能够达到内压力为0.18MPa。通过计算我们能够得到整个接管部分的应力值和压力值，在压力容器筒体的下部分，需要承受的应力就能够达到15.78MPa，而压力容器管内的右下部分的应力将达到2.4319MPa。整个压力容器管内都会均匀的受到相同的应力和拉力，而在压力容器接管部分的压力最大。

1.4使用网格划分的方式在进行压力容器切开孔应力研究的过程中，先要使用先进的软件技术进行网格划分的方式，设计一个三维立体的四面体的结构，并按照网格的形式对其进行划分，能够提供10节左右的网格，并使用压力容器将其进行开孔进行接管。一般情况下，压力容器的网格划分工作结束后，能够达到的节点数为270142左右，整个网格内的单元数能够达到143001左右。

2针对有限元模型的计算结果进行分析

2.1压力容器应力的分布情况以及最大值一般情况下，在对压力容器进行切向开孔的过程中，会产生大量的第一主应力，在压力容器的开孔接管位置，应力值暂时不会发生应力变化，此时的压力容器上的应力为薄膜应力。但是在压力容器开孔位置的周围部分，压力容器的应力开始出现变化，成梯形状态应力逐渐的上涨，并且开始出现集中应力的现象。受到了外载荷的影响，压力容器切开的位置再最初的使用变形量约为0.00399m，这时压力容器切向开孔位置的应力最大值能够达到215MPa左右。而在压力容器接管的位置，与压力容器管内的相互连接的部分，应力的最大值也会达到213MPa左右，在这个部分的应力值与最大值相似。而按照应力强度的分布情况，压力容器的切向开孔接管的部分应力最大的强度能够达到163MPa左右，此时的最大值与正交开孔的需要强度还有很大的差距[3]。

2.2压力容器应力集中的系数大小按照物理应力集中情况，压力容器的应力集中的系数应该为此时位置最大的正应力/压力容器筒体的薄膜应力大小，能够得到应力集中的系数的大小。压力容器在进行切向开孔工作的过程中，管内壁会产生一些应急的集中系数，并按照应力结构的分布情况。一般情况下，应力的最大值能够达到6.8左右，但是这部分的应力越大，梯度应力值也就越大。在使用正交的方式进行接管时，开孔部分的应力系数会变小，最大的应力系数值仅能够达到5左右。经过对比我们发现使用切向开孔的方式，进行接管工作，会产生比较大的应力。这是在压力容器的开孔过程中，接管的位置就是此时压力容器最危险的部分，需要对这部分的应力进行压力评定的工作，能够了解此时应力的大小，以及其他部分的应力值为多少[4]。

3对压力容器的应力强度进行评定

按照钢制压力容器的使用标准，结合设计的要求，能够对各个部分的应力进行计算，并按照应力产生的原因，应力自身的性质与应力的大小有什么样的影响等等，能够按照应力强度分布的不同，将应力分为一次应力、峰值应力、以及二次应力，并且不同的应力会对压力容器产生不同的影响，也会产生一定的限制因素。一般情况下，需要考虑到应力分布的基本情况，并按照不同应力可能会产生的影响进行危险区域的划分[5]。在进行接管工作的过程中，最初的接口部分是最危险的部分，应力值会达到最大值。但是当阶段与压力容器接管处位于筒体部分时，这时的应力也会出现最大值，这就需要对两种接管的方式进行比较。比较的结果为，当管内的接口处，能够达到的最大危险处的应力值为145左右，且随着接口的面积越大，应力值也会越大，也就会越危险。而在筒体部分时的接口，也是如此。得出实验结果，在压力容器切向开孔的接管位置，会产生很大的应力，一般情况下，应力的系数能够达到6.8左右，且距离越远，应力系数也就越小。由于压力容器切向开孔的接管产生的应力比较大，为了保证接管工作的安全性，尽可能的使用正交接管的方式进行连接，能够有效地保证接管的强度达到标准，能够满足接管工作的安全要求[6]。

4结语

总之，为了保证压力容器能够正常的使用，并能够达到安全使用的标准，这就要求在进行压力容器的切向开孔接管的工作中，要能够对其应力的大小进行了解，能够有效的保证压力容器的应力值不会破坏压力容器的使用。使用有限元模型的方式，对压力容器的应力进行实验，能够得到有效地结果，并按照实际压力容器的应力，对压力容器应力的强度进行评价，能够有效地掌握压力容器在进行切向开孔接管的过程中，压力容器的大小是多少，并对压力容器切管的方式进行安全性的测试。

参考文献

[1]王定标,魏新利,向飒,等.压力容器与切向接管结构应力三维有限元分析及强度评定[J].湖南工程学院学报(自然科学版),2005(4):29-33.

[2]桑芝富,李磊,钱维联.接管弯矩作用下压力容器开孔──接管区局部应力的试验研究[J].石油化工设备,1996(1):12-17.

[3]桑芝富,李磊,钱惠林.接管轴向推力作用下压力容器开孔-接管处局部应力的研究[J].南京化工大学学报(自然科学版),1995(2):4-10.

[4]张卫义.内压圆柱形压力容器大开孔率开孔补强结构及其应力集中系数规律的研究[D].北京化工大学,2000.

[5]杜四宏,张妍,刘海洪,等.压力容器开孔接管区的有限元分析[J].石油和化工设备,2010(4):25-27.

[6]陈士诚,周昌玉,潘林锋.基于Kriging方法的压力容器开孔接管区结构强度可靠性分析[J].石油化工设备,2010(6):27-30.

作者：刘雨琳 单位：中国昆仑工程公司