壓力容器的開孔與接管.doc

第十二章 壓力容器開孔與接管一. 重點1. 殼體開孔的壓力特點2. 開孔接管的應力集中系數的定義3. 開孔補強的目的4. 開孔補強的結構及方法5. 等面積補強的原則6. 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1. 開孔后,造成殼壁不連續(xù),在孔邊緣產生應力集中2. 接管后,殼體與管的結構不連續(xù),產生的附加彎應力3. 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一.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1. 單向拉伸時的應力分析(1) 孔區(qū)附近的應力解 (12-1)式利用彈性力學理論解知(2) 孔邊緣處的應力特點: r=a時 孔邊緣處的應力 r=a時 孔邊緣處的周向應力分布特點: ra時隨r的增大而迅速減小.由(12-1)式可知.2. 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: 2.孔區(qū)附近的應力解 利用代入(12-4)可知(12-5),即 3. 孔邊緣處的應力特點:當r=a時,孔邊緣應力 孔邊緣應力=孔區(qū)域薄膜應力q的2倍.四. 圓筒殼開小孔 1.分析對象: k較大, 較小, 2.應力解: 利用代入(12-4)可知(12-6) 3.孔邊緣處的應力特點: (1)當r=a時 (2) 在孔邊緣r=a處的分布規(guī)律: 說明:比孔口區(qū)域筒殼中大2.5倍.()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,僅給出最重要的孔口應力表達式,即 特點:孔口處的分布規(guī)律: (2)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(guī)律: 2.雙向受拉伸時的應力分析 (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(guī)律(特點) 由(12-10)可知: 在長軸的兩端 在短軸的兩端 說明:開橢圓孔時,最大應力在孔邊緣處(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 1.殼體上開孔與平板開小孔有以下差別: (1)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. (2)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 (3)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.2.接管區(qū)的應力分析(1)利用”力法”可求出該區(qū)域的應力分布情況和應力值 “力法”:根據平衡,幾何和物理方程(2)根據理論計算和實際結果,查接管區(qū)的應力分布圖12-7二開孔接管處的應力集中系數計算1. 應力集中系數K的概念: (1)作用: 求接管處的最大應力峰值 (2)定義: 如: 2. 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 曲線適用條件: 當150時,殼體很薄,則K取的比曲線值大些. 因為開孔造成彎曲應力效應大.3. 應力集中系數曲線的推廣應用(1) 可用于補強殼體 注意:利用曲線查K時,將改用 為接管厚度, 為加強后的厚度 將開孔系數中的改用 查下的K值(2) 橢圓封頭上開孔的K. 不同點:當量半徑R=K1Ri 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, Ri是封頭內半徑.12.3 開孔補強設計 一.開孔補強的概念 1.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,降低. 2.開孔補強設計的定義: 為降低應力集中系數,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 (1)結構 圖12-15.(d),(f) 即在開孔處焊接一段加厚的接管 (2)特點:環(huán)焊縫少.易探傷,結構簡單 (3)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(yōu): 對焊,易探傷 抗疲勞性能好 缺: 成本高,加工難 (3)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(yōu):簡單,易加工,使用經驗豐富 缺:抗疲勞性能差,熱應力大,K大. 適用范圍: P241 三:殼體開孔的有關規(guī)定1. 允許不補強時開的最大孔直徑 P242.(1)-(4) Pc2.5MPa開孔中心距A=兩孔直徑和的2倍. 接管外徑d0=89mm接管最小壁厚滿足表內要求.2. 殼體上允許開的最大孔直徑dmax, P242.(1)-(3)(1) 圓筒(2) 凸形封頭與球殼的(3) 錐殼或錐形封頭的(Di為開孔中心處的錐殼內徑)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(guī)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(xiàn)了各種補強準則.(1) 等面積補強準則(2) 極限分析法(3) 安定性理論(4) 其它方法: 實驗屈服法 實驗應力法等2常用的開孔補強準則-等面積補強準則3等面積補強的原則在補強區(qū)(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(qū)的有效范圍有效寬度 取大值有效高度 取小值（4）計算有效補強面積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其中 計算設計厚度 厚度附加量 強度削弱系數補強區(qū)焊縫面積 補強區(qū)內另加的補強面積（加強圈面積）（5）判斷當時， 不用補強。當時，需補強。（6）補強圈面積的計算 當， 當， 當 ， （7）補強圈的設計 補強圈的外徑 如 則由表12-3可知。 補強圈 厚度 若 ， 采用補強圈不合適，該用其他方法補強。 consciousness of malfeasance at catching good honest, practical action into ideas and County, the County discipline Inspection Commission of the deployment and requirements, adhere to the County and the County discipline Inspection Commission report implementation of clean two responsibilities. 2. clear a gang two accountability responsibilities. Early each year organize conferences, in charge of the leadership, departments, units of the town clean and studied anti-corruption work deployments, according to a gang dual accountability requirements, clear roles and responsibilities for members of the leading body of the Party Committee, put a gang two accountability targets, develop work plans, organizations honest responsibility, urged the team members to actively fulfil a gang double duty. Urged the first responsibility of grass-roots party branch secretaries to perform duties, efforts to form a team in unison, and the linkage of the work of the Party Committee. 3. pay close attention to the construction of a clean and honest government regulations implemented. Conscientiously implement the responsibility of uncorrupted, really formed by system in politics, according to the rules, effective mechanisms for the management of the system. First, build and improve the conversation reminded party members and cadres education system, auditing system of cadres, 18, for the full implementation of responsibility of uncorrupted to provide favorable inst