压力容器大开孔补强

原创 胡伟明  2020-04-16 20:56:00  阅读 62 次 评论 0 条
摘要:

特点开孔容器孔边的局部应力包括以下三种成分。1:类似于平板开孔引起的沿壁厚均匀分布的局部薄膜应力。2:由于总体结构不连续引起的沿壁厚线性分布的局部弯曲应力。3:由于局部结构不连续(尖角过渡部分)沿壁厚非线性分布的应力。这三种应力在不同的开孔率情况下所占的比重是不同的,当开孔率较小时,接管与壳体的相贯面基本上接近于在同一平面中,所以,这时为满足变形协调要求产生的边界弯矩较小,而边界横剪力在壳体引起的则主要是薄膜性质的应力。因此,在小开孔情况下,壳体中的局部应力是以薄膜性质的应力为主的。在较大开孔率

特点

开孔容器孔边的局部应力包括以下三种成分。

1:类似于平板开孔引起的沿壁厚均匀分布的局部薄膜应力。

2:由于总体结构不连续引起的沿壁厚线性分布的局部弯曲应力。

3:由于局部结构不连续(尖角过渡部分)沿壁厚非线性分布的应力。

这三种应力在不同的开孔率情况下所占的比重是不同的,当开孔率较小时,接管与壳体的相贯面基本上接近于在同一平面中,所以,这时为满足变形协调要求产生的边界弯矩较小,而边界横剪力在壳体引起的则主要是薄膜性质的应力。因此,在小开孔情况下,壳体中的局部应力是以薄膜性质的应力为主的。

在较大开孔率的情况下,为满足接管和壳体变形协调要求面产生的边界横剪力与壳体端部经线的夹角相对较大,因此,横剪力将在壳体中产生较大的弯曲应力。此时,在开孔壳体边缘的应力中,弯曲应力占了很大的比例,即在大开孔情况下,孔边的应力已由小开孔时以薄膜应力为主的情况转变为以弯曲应力为主导地位的状态。

为此,继续控制孔边的平均薄膜应力(即等面积法、压力面积法等计算中所考虑的应力)已不能准确反映问题的实质。所以,基于控制平均薄膜应力的计算方法在大开孔情况下是不再适用的。


补强方法

1:有限元分析法

随着计算机技术的飞速发展、日益普及和大量有限元软件的成功开发和使用,用有限元解决较为复杂的大开孔补强问题,已成为工程设计单位首选的方法之一。

目前,国内应用于压力容器的较为广泛的有限元软件是ANSYS软件。

合理的有限元分析可较准确地计算出开孔边缘的三种应力,并以相应的控制条件进行限制,从而对压力容器开孔引起的三种应力强度全面加以保障。

该法无论对大开孔或疲劳容器的开孔补强计算都是十分有效的。目前,该法的应用已十分普及。

2:近似处理法

美国ASME规范中提供了一种较为简单的近似处理法,该法采取增加补强金属的面积和将补强金属密集于开孔边缘两种措施来缓解大开孔边缘的应力集中问题,属于经验性方法,有一定的使用价值。但该方法不适宜用于重要容器及疲劳操作的容器。

该法要求将按等面积补强法计算的补强面积增加20%,且把补强面积的2/3设置在距孔边d/4的范围之内。


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