压力容器圆筒开孔补强计算方法研究范文

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摘要：受到工艺操作等因素的要求，在施工中会出现壳体大开孔的问题。压力容器壳体大开孔主要就是因为在开孔接管位置中的应力相对较为复杂，降低了其承压能力。而在开孔接管结构的内压作用影响之下，壳体与接管链接位置结构几何并不连续。在相关区域中则就会出现较高的应力集中问题，这样就会诱发多种安全隐患问题。为了解决此种问题，文章主要对压力容器圆筒大开孔补强计算方式进行了简单的分析研究。

关键词：压力容器圆筒；大开孔；补强计算方法

应力集中危害问题要通过正确的方式强化管理，实现补强计算分析，进而充分的保障压力容器的安全性，提升整体的经济性。通过开孔补强计算方式，可以有效的解决此种问题。

1.压力容器圆筒大开孔补强计算方法应用价值

多数工程具有复杂化、大型化以及工艺特殊的特征，在施工中一些压力容器要通过较大的开孔接管进行处理，此种方式会转变原有容器的应力状态，消弱压力容器的强度。针对与柱壳容器，开孔之后会导致其受到接管弹性约束的影响，导致容器主管的开孔附近受到薄膜应力状态轴向力以及环向力的影响，出现弯矩以及扭矩等问题。为了提升整体稳定性，在实践中针对一些大开孔设计y要通过科学合理的方式分析受力状况，进而保障施工安全性，提升整体质量。

2.压力容器圆筒大开孔补强计算方法

2.1压力面积法

通过欧盟标准压力面积法，综合我国实际状况，在被开孔削弱面积补在孔的周围，给出其需药补强的具体面积，不计孔周边的应力集中问题。开孔补强设计主要的要求就是基于结构进行静力强度分析，基于一次应力强度出发，分析开孔边缘二次应力安定性。综合其安全系数以及实践经验系统分析。此种方式对于开孔边缘的应力强度进行分析是否满足一次总体以及局部中对于薄膜应力静力强度要求。通过对补强范围材料平均薄膜应力控制的方式达到进行应力强度的控制与管理，要保障其在一倍的许用应力。综合压力在壳体受压面积产生的荷载以及有效补强范围中的课题、接管。补强材料面积承载能力平衡的相关静力平衡条件则可以确定其进行接管补强计算的方式。在壳体以及接管、补强材料相同的时候要根据以下公式进行补强计算公式为：P表示的是设计压力。

2.2分析法

分析法就是根据弹性薄壳理论获得的应力分析方式。主要就是在内压作用之下其具有径向接管圆筒开孔的补强设计分析。分析法设计准则与压力面积法之间具有一定的差别。此种方式的模型假定接管以及壳体属于连续性的整体型结构，其计算模型如下图所示。在应用分析法的时候，要保障焊接接头的质量，保障其整体焊透性。分析法在设计中主要就是基于塑性极限以及安定分析确定，通过保障其一次加载的时候具有充足的塑性承载能力，具有反复加载的安定要求，进而确定其开孔安全性。此种方式有效的拓展了圆柱壳开孔补强设计的适用范围。圆柱壳开孔接管理论中的力学技术主要就是综合Morley方程，通过导出并且利用两正交相贯圆柱壳位于交贯线位置中精确的连续条件，则可以确定在内压以及外载作用之下圆柱壳开孔接管中的薄壳理论界。利用控制计算分析则可以确定开孔位置中等效薄膜的具体盈利强度，以及其等效总应力是否在应力的强度之内，分析校核大开孔结构整体的安全性。在设计中，为了充分的满足结构安全性准则要求的具体要求，保障其满足最大一次加二次应力强度的相关设计要求。可以管接头中通过光滑打磨并且探伤的管接头进行焊缝处理，在不接受任何外荷载状况之下，可以通过3Sm作为许用数值，综合一定安全裕量，进行设计分析。

2.3两种补强方式的对比分析

卧式容器的设计压力为1.0MPa，设计温度为60℃，其壳体以及接管材质为Q345R，其壳体以及接管厚度的附加量可以忽略；壳体与接管材料的许用应力为189MPa，分别通过压力面积法以及分析法进行大开孔接口进行补强计算分析，对比计算结果。分析进行局部薄膜应力强度以及最大薄膜的加弯曲应力强度，综合分析了结构一次静力强度不超标，分析了结构安定性要求。通过此种方式进行圆通径向接管开孔补强设计分析科学有效。在实践中，虽然压力面积计算方式的应力运载应力范围中，但是压力面积方式仅通过静荷载校核进行分析，并没有综合开孔周边的应力集中产生的影响。其计算应力与许用应力较为接近，并没有充足的裕量满足结构对于安定性的具体要求。其中分析法计算在实践中对于最大薄膜以及加弯曲应力强度具有较为显著的应力限制作用。而相对于较薄的壳体，通过控制开孔位置壳体设计的厚度主要通过安定性准侧进行处理。因此，通过压力面积法缺乏足够的可靠性。通过压力面积法进行计算分析，针对较大直径的壳体一般开孔，压力面积法有效补强宽度相对较大，壳体可以进行补强的面积相对较大，在进行开孔结构设计中补强设计相对较为保守，在其开孔率以及壳体径厚相对较大的时候则就会出现相反的问题，根据压力面积法设计无法满足结构安定性的实际需求。

结束语

利用圆筒径向接管开孔补强方式进行大开孔补强设计安全稳定，此种方式是基于我国薄壳理论获得的应力分析方式，其精度与适用范围广泛。

参考文献

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[3]兰春林，张涵进.压力容器封头上锥形接管开孔补强的计算[J].石油和化工设备，2017（4）.

作者：蔡敏 单位：福建省锅炉压力容器检验研究院漳州分院