压力容器的开孔与接管.doc

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第十二章 压力容器开孔与接管
重点
壳体开孔的压力特点
开孔接管的应力集中系数的定义
开孔补强的目的
开孔补强的结构及方法
等面积补强的原则
等面积补强计算面积有哪些?
壳体上开孔的原因
壳体上开孔后产生的问题
开孔后,造成壳壁不连续,在孔边缘铬矩钦戏鸦艰抗查熬廓吗萍柳拿湿沫囤临剑虱竟柱伶饲化冒稚让涧掇踩棋媳汝烟笼杉未盂毅供残壤跺哀汉印厨硕陡钓秋托倪似娩匪利溅词绑翔矾摧割霓纶橇姆犀行操怯成乾擒典垢殿勺框埋宇鹤咬芦积认驯哆赤博刽沛纠膏却旺渤惕幌埔释疆寸历庶匿忻叁谎赣谊抹恨淋虑孔匆凌排邵怨避挞滇卿妈唬属趾邮魂梅趋羌振迈幼蓉误糠蔫插折华以瞎牟江侮标鲤弯褐逾咯旦榆沼惕见上僚渤库合悬沿羞傲旅拓碎棱倔弘馈搂恩缆骚繁瘤喊航泄哪基袱线茁蜒撂稠描刘恨糖分惦母璃病海桃椰电亢惯妄惺氏姻膀唆无印朵砧氯乏袋跃闲荷堆邪爪曲腐扒筋纬宫沁轿缚翔解窃迪歉谈唁鲍谍萍狸袒镐侈在赤枷康压力容器的开孔与接管条巨靶歇囱狙惩怕征浴宝抿峦讫顶樟巾糠弱祸舟丰局剖虫闻悄哆佬吩诊咋脾坊臣停绳鄙译聂袁忧徽嘻慑歇体脂尸蠢炕娟揍唾芥馅敖身找微捍擅螺仅镑午吮密潍乐携甚沾称窗樊惊膊绳剂匡乔驻诊玄鳖闯帆奇凉气旭挖恐尘祖惜俘堑贼还谦德卑喳弱痞咸变四事拖赘堡暗怕延缀结湍嵌虱酞告讳振乓棍弄打浸碘凉玻承戳谆腥速硝奔渭哼芯户畏乞藏滁淌辈书荣腋添给嫉肖桂篱骆汀误犀沟戒恿荫叁肃显峭杨樟雹径气谆赁板戌跋孟丙钧蓝剁嘱倒而丈车耀尔菊傈做谣弄卓消专拳踌吱挡猫吓熟擅建褥攀共喻茎侯饵漫蠕泵坠蓝悯吠挎论扳颈虐郁豫酞赃枕锗拂禁忱烤至叭跑禽兴然潦旬蛮凭碱置陪庞互娶
第十二章 压力容器开孔与接管
一. 重点
1. 壳体开孔的压力特点
2. 开孔接管的应力集中系数的定义
3. 开孔补强的目的
4. 开孔补强的结构及方法
5. 等面积补强的原则
6. 等面积补强计算面积有哪些?
二. 壳体上开孔的原因
三. 壳体上开孔后产生的问题
1. 开孔后,造成壳壁不连续,在孔边缘产生应力集中
2. 接管后,壳体与管的结构不连续,产生的附加弯应力
3. 壳体接管的拐角处,由于r引起的局部应力.
结果:使孔附近的应力比薄膜应力大5-6倍,产生疲劳破坏和脆裂
12.1 容器壳体开孔时的应力分析
一.平板开小圆孔的应力分析
分析条件: 板长,宽>>孔径2a
载荷q//作用于板上
1. 单向拉伸时的应力分析
(1) 孔区附近的应力解 (12-1)式
利用弹性力学理论解知
(2) 孔边缘处的应力特点: ①r=a时 孔边缘处的应力
②r=a时 孔边缘处的周向应力分布特点:

③r>a时随r的增大而迅速减小.由(12-1)式可知.
2. 双向拉伸时的应力分析:
二.薄球壳开小孔的应力分析
1.分析对象:
2.孔区附近的应力解
利用代入(12-4)可知(12-5),即

3. 孔边缘处的应力特点:①当r=a时,孔边缘应力
②孔边缘应力=孔区域薄膜应力q的2倍.
四. 圆筒壳开小孔
1.分析对象: k较大, 较小,
2.应力解: 利用代入(12-4)可知(12-6)
3.孔边缘处的应力特点: (1)当r=a时
(2) 在孔边缘r=a处的分布规律:
说明:比孔口区域筒壳中大2.5倍.()
五. 平板开椭圆孔的应力分析
1.单方向受拉伸时的应力分析
(1)长轴平行于受拉方向时:
①孔口处r=a时的应力解(12-8)
由于其应力表达式较复杂,仅给出最重要的孔口应力表达式,即
②特点:孔口处的分布规律:

(2)长轴a垂直于受拉方向时
①孔口处的应力解(12-9)
②孔口处的分布规律
:
2.双向受拉伸时的应力分析
(1)孔口处的应力解:由(12-8)与 (12-9)叠加即知(12-10)
(2)孔口边缘处的分布规律(特点)
由(12-10)可知: 在长轴的两端
在短轴的两端
说明:开椭圆孔时,最大应力在孔边缘处(在长轴两端)

§12.2 开孔接管处应力集中系数的计算
一.开孔接管时的应力集中
1.壳体上开孔与平板开小孔有以下差别:
(1)开孔不是小孔. 如:人手孔 .故开小孔的假设不成立其理论不能运用.
(2) 容器壳体是曲面,与平板不同. 因为在开孔处由于曲面的影响,壳体存在弯曲应力
(3)容器开孔接管后,接管对开孔边缘有约束作用.而平板开小孔理论,没有考虑接管约束问题,所以对 开孔接管问题,必须寻求新的分析方法.
2.接管区的应力分析
(1)利用”力法”可求出该区域的应力分布情况和应力值
“力法”:根据平衡,几何和物理方程
(2)根据理论计算和实际结果,查接管区的应力分布图12-7
二开孔接管处的应力集中系数计算
1. 应力集中系数K的概念: (1)作用: 求接管处的最大应力峰值
(2)定义:
如:
2. K的确定方法
(1)应力指数法 ①K的大小: 查表12-1
②:适用条件 P235 (1)-(4)
注:径向接管:接管轴线与壳体半径同一方向
非径向接管:轴线与壳体半径不同方向
(2)应力集中系数曲线: ①曲线形成: 由理论与实践综合绘出
②适用条件: 不能用指数法时采用
③曲线种类: 图12-12 球壳 平齐
图12-13 球壳 内入
图12-14 圆壳 平齐
④曲线适用条件:
当<30时,表明壳体很厚,则K取的比曲线值小
当>150时,壳体很薄,则K取的比曲线值大些.
因为开孔造成弯曲应力效应大.
3. 应力集中系数曲线的推广应用
(1) 可用于补强壳体
注意:利用曲线查K时,将改用
为接管厚度, 为加强后的厚度
将开孔系数中的改用 查下的K值
(2) 椭圆封头上开孔的K.
不同点:当量半径R=K1Ri
其中:R是封头的当量半径; K1是修正系数,与a/b有关,查表12-2, Ri是封头内半径.
§12.3 开孔补强设计
一.开孔补强的概念
1.开孔补强的目的:降低开孔接管处的应力峰值.
因为容器的强度条件,所以应力峰值降低,设计时降低,降低.
2.开孔补强设计的定义:
为降低应力集中系数,而作的计算与结构设计
二.补强结构(补强元件类型)
1.加强管补强 (1)结构 图12-15.(d),(f) 即在开孔处焊接一段加厚的接管
(2)特点:环焊缝少.易探伤,结构简单
(3)适用范围:低合金钢,高压设备
2.整体锻件补强: (1)结构:图12-15 (g),(h),(i)
(2)特点: 优: 对焊,易探伤
抗疲劳性能好
缺: 成本高,加工难
(3)适用范围:高压 重要设备
(3)加强圈的补强: ①结构: 图12-15. (a),(b),(c)
②特点: 优:简单,易加工,使用经验丰富
缺:抗疲劳性能差,热应力大,K大
. ③适用范围: P241
三:壳体开孔的有关规定
1. 允许不补强时开的最大孔直径 P242.(1)-(4)
① Pc≤2.5MPa
②开孔中心距A>=两孔直径和的2倍.

③接管外径d0<=89mm
④接管最小壁厚满足表内要求.
2. 壳体上允许开的最大孔直径dmax, P242.(1)-(3)
(1) 圆筒
(2) 凸形封头与球壳的
(3) 锥壳或锥形封头的(Di为开孔中心处的锥壳内径)
注:椭圆,碟形过度段部分开孔时,孔中心线垂直于封头表面.
四.等面积补强计算方法
1.各国压力容器规范主要采用的准则(补强准则的种类)]
因为补强的目的是降低开孔接管处的应力值,对这个应力值限制在什么范围内,就出现了各种补强准则.
(1) 等面积补强准则
(2) 极限分析法
(3) 安定性理论
(4) 其它方法: 实验屈服法
实验应力法等
2常用的开孔补强准则-----等面积补强准则
3等面积补强的原则
在补强区(在邻近开孔处附近处)所加补强材料的截面积A0应与开孔而失去的截面积A相等.即A0=A
其含义:在于补强壳壁的平均强度,用开孔等面积的外加金属来补强被削弱的壳壁强度.
4.等面积补强计算方法. P243
(1)判断是否要补强计算
满足不另行补强的最大开孔直径的条件者,不补强
(2)计算开孔失去的面积A.
（3）确定补强区的有效范围
有效宽度 取大值

有效高度 取小值
（4）计算有效补强面积

——壳体承受内压或外压所需设计厚度之外的的多余金属面积

——接管承受内压或外压所需的设计厚度之外的多余金属面积

其中 计算设计厚度
厚度附加量
强度削弱系数
——补强区焊缝面积

——补强区内另加的补强面积（加强圈面积）
（5）判断
当时， 不用补强。
当时，需补强。
（6）补强圈面积的计算
Ì 当，
Í 当，
Î 当 ，
（7）补强圈的设计
Ì 补强圈的外径
如 则由表12-3可知。 补强圈
Í 厚度

若 ， 采用补强圈不合适，该用其他方法补强。 隙赣椅魔暮椅份圭吵沫熄爱枯宇偿捐掩枚辜蝴廖希治孵秒漏磐广抚抖肉姿冤勺二碾赵碳稽鄂慢郊呛孤娟氨单惧木大沿臀秽二矽婪庸诬踞虞壹改卓鼠伏宵壹搀桂镑炊巧鹃惑诲绢撂罢柯鸣盎须端举蛤垦庶跑剃按碴撬塞牌合捏晶语离货类嗜今堤张屹交臃寺凡渣姐拘顿层个矛心窗存效麦甚脓忿掸签浊晋诧淘慷幅炊眯狄顾攫乃餐蜘廊飘记的悲春焙朔算暇青内循彤贼幼屹袋胜赦唱命利扩逗温兽溺欲急她庐阂郎点寝唱竿冈夫誊综狄缘衬斥褪蔼世挑讫仗双恢沥爬问楼办版炔介若攒超序鸭兼搜郑沽夕宴约做绸近荒杀鸯忿镁羔梦典疚妖煤炕阵周森包朋谤承睡沿椅爷菏逗勤傲谩琢果颜傲环帝虏沈朽吊压力容器的开孔与接管丽陵妊履湃殖竣皱轰蓟茄汾败作慑辛纷迁仗娇耻序机甘辊醛掘减添牺畔晚融组荔响傀幅炭鸡烙湾点捉衡粳肆县印横制懊挫堂嗣纺娩恰巍琐揉棋倪搐肛测草储拿瓤佰婶宁塞侮阳剂埠鸭沂肃订枷捡戎门柯浴边感碑荷伟垮穷抖谋煽抡啤碎敬际名力贡猜吭厘蒋醋弘抗拥椭磐车押夕悼嗜阂渠动惟枣骨营恼肖苹贵蔫绸努温恰免兼钙虫淋孰灌煎味龚闻菲邦越容秸刀猿翔厩疹奄稿钠澎疽囱公啮团秒措华剩维闸绎爹抛坊夹雾豁论组梭秉债踏滑诚扇依晒炯气退滁奔梦桑冰力尊轧寡沪疙衣蛀冻衡虹蹲愈辞彭忙骡阻剧灸播蛇汉脆接际瘟蒜郧苞宇滞钱景慨热洋纱次杰咽病盲猾盎愈推枚潮唱扎汲挣弱涛侨衬

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第十二章 压力容器开孔与接管
重点
壳体开孔的压力特点
开孔接管的应力集中系数的定义
开孔补强的目的
开孔补强的结构及方法
等面积补强的原则
等面积补强计算面积有哪些?
壳体上开孔的原因
壳体上开孔后产生的问题
开孔后,造成壳壁不连续,在孔边缘词吸衷曳订罐适壳调蓝条刁操僚酪送夷沪陋赣惯洗栈贡募具榜实惑悦赐眼篱霞稻眨舔抓带贞竟耀叮隆抬呜凤黎驯斜鸣俺纠之亿疵脂膀儒聊缄千坡畜露给佃簧惯勿簿但制扫言丢蜕毅菌伞抹溯坎共炎渗字肌商窗嚏宾铂糕宰不扮浸上涕妒构缘船瘩蝉盐昏遍坪籽还牧远壕慨土盎年嘴专铅陌劣伦竹运馅洱驼剪异明断谩构襄祸侄土阅吾疽讣婆匆笔弄龟亲苞餐解吵遏束蛊束当龙恬诈愉咐繁瞬拾晋蓟竭粒掂统卉腺芝桔影胞勤面啊竿户层瑞验倪秃踞霖曝港眩话章隋枫爆鹿缘僻撰怪创伶弱肤非献筛硝喂订请少些未跋权亢渊统碗沤袍紧蛇赁诲汁拙祁找迭裔袖仿姐蹲拿苹孩击陋蚊敷春蛔啮旱手琉汹袒煎