開孔與開孔補強

1、開孔與開孔補強GB150.3-2011第6節(jié)1.概述2.補強計算適用范圍3.等面積補強4.圓筒徑向接管開孔補強設計的分析法 1.概述 為滿足工藝操作、容器制造、安裝、檢驗和維修等的要求，在壓力容器上開孔是不可避免的。容器開孔以后，不僅整體強度受到削弱，而且還因開孔引起的應力集中造成開孔邊緣局部的高應力。因此壓力容器設計中必須充分考慮開孔的補強問題。壓力容器開孔以后，可引起三種應力：a.局部薄膜應力 壓力容器殼體一般承受均勻的薄膜應力，即一次總體薄膜應力。殼體開孔以后，使殼體上開孔所在截面的承載面積減少，使該截面的平均應力增大。開孔邊緣的應力分布的特點是應力分布不均勻。在離開孔較遠處，應力幾乎沒

2、有變化，而增大的應力則集中分布在開孔邊緣。由此引起很大的薄膜應力，即所謂的局部薄膜應力。b.彎曲應力 容器開孔以后，一般總需設置接管或人孔等，即有另一個殼體與之相貫，相貫的兩個殼體在壓力載荷作用下，各自產生的徑向膨脹（直徑增大）通常是一致的。為使兩部件在連接點上變形相協(xié)調，則必然產生一組自平衡的邊界內力。這些邊界內力在殼體的開口邊緣及接管端部主要引起局部的彎曲應力，屬于二次應力。c.峰值應力 在殼體開孔邊緣與接管的連接處還會產生一種由于應力集中現(xiàn)象造成的分布范圍很小，而數(shù)值很高沿壁厚非線性分布的應力，稱為峰值應力。 容器在壓力載荷下產生的一次總體薄膜應力是最基本的應力，是為平衡壓力載荷所產生的

3、。這種應力如果超過材料的許用應力達到材料的屈服點，則容器將產生很大的變形（徑向膨脹），這種破壞是在一次加載條件下就發(fā)生的，稱為靜力強度失效。 由于相貫殼體變形協(xié)調產生的邊界內力引起的局部彎曲應力自限性，不會使容器在一次加載條件下發(fā)生破壞。但它可能在多次加載條件下，即多次加壓卸壓的加載方式下，造成開孔附近的局部破壞。即發(fā)生所謂的失去安定性的塑性疲勞破壞。 等面積補強法對開孔邊緣的二次應力的安定性問題是通過限制開孔形狀、長短徑之比和開孔范圍（開孔率）間接加以考慮的，使孔邊的局部應力得到一定的控制。 等面積補強法對開孔邊緣的峰值應力問題未加考慮，為此不適用于疲勞容器的開孔補強。 2. GB150.3

4、-2011中開孔補強的計算包括等面積法和分析法。 2.1適用范圍：2.2分析法適用的范圍2.3不另行補強的最大開孔直徑 3.等面積補強 3.1等面積補強概念： 補強是保障開孔局部截面的拉伸靜力強度，屬于拉伸強度補償。為保障內壓殼體開孔局部截面的拉伸強度，從補償角度講：殼體由于開孔喪失的拉伸承載截面積應在孔邊有效補強范圍內等面積地進行補償，俗稱等面積補強。3.2單個開孔補強的等面積法適用范圍：3.3補強的結構形式1）補強圈補強 接管壁厚選用，特別是小接管的壁厚選用常出現(xiàn)不合理的現(xiàn)象。 對于要求接管與殼體的焊接接頭采用全焊透的結構時，接管壁厚應取1/2殼體壁厚或取接管壁厚6mm兩者的較小值。 對于

5、坡口熔敷金屬量大的焊接接頭，當殼體壁厚大于16mm時接管壁厚應大于8mm；當殼體壁厚較大（壁厚 20mm）時，接管與殼體的連接焊縫宜采用雙面坡口。 對于低溫壓力容器，與殼體相焊的接管壁厚應不小于5mm，其中DN50的短接管宜采用鍛造的厚壁管或異徑管。2）整體補強:增加殼體厚度或用全焊透的結構形式將厚壁管或整體補強鍛件與殼體相焊。 符合下列條件之一應考慮采用整體補強：a. 容器設計壓力p4MPa；b. 容器設計溫度大于350C；c. 承裝極度、高度危害介質的壓力容器（介質 毒性HG20660）；d. 疲勞壓力容器；e. 補強圈結構不能滿足要求的補強。受內壓殼體開孔所需補強面積公式：開孔直徑及強度

6、削弱系數(shù)：)1 (2retopfdA 受外壓殼體開孔所需補強面積公式： 式中為殼體外壓計算有效厚度，其余同內壓工況。)1 (2 5 . 0retopfdA 平蓋開孔補強 平蓋無論在內壓或外壓作用下，板中產生的始終是彎曲應力，為此只存在彎曲強度問題，不存在穩(wěn)定問題。故平蓋不僅內壓厚度計算與外壓厚度計算方法相同，而且開孔補強計算的方法也是一致的，在開孔率較大時，其開孔補強按法蘭。 平蓋開單個，且開孔直徑 （Do取平蓋計算直徑，對非圓形平蓋取短軸長度）時，所需最小補強面積按式 開孔率（開孔直徑與平蓋直徑之比）大于0.5的平蓋，受力與法蘭相近，故其開孔補強按法蘭或反向法蘭計算。Dodop5 . 0popdA5 . 0有效補強范圍： 兩個方向的補強范圍（1）沿殼體經線方向的補強范圍： 是依據(jù)受均勻拉伸作用的開小孔大平板，孔邊局部應力集中的衰減范圍確定的。（2）沿接管軸線方向的補強范圍： 是依據(jù)圓柱殼在端部均布載荷作用時，柱殼中局部環(huán)向薄膜應力的衰減范圍確定的。opdB2nt