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压力容器常用开孔补强方法对比分析

压力容器常用开孔补强方法对比分析
压力容器一旦发生事故,危害很大,因此压力容器的开孔补强设计显得尤为重要。

对于压力容器的开孔补强计算方法一般有两种:一是等面积法,二是分析法。

本文对这两种方法作以比较和分析。

在石油化工行业中,压力容器上的开孔是不可避免的,如要开进料口、出料口、人孔等。

容器开孔后,一方面由于器壁承受载荷截面被削弱,引起局部应力的增加和容器承载能力的减弱;另一方面,器壁开孔和接管也破坏了原有结构的连续性,在工艺操作条件下,接管处将产生较大的弯曲应力,开孔边缘会出现很高的应力集中,形成了压力容器的薄弱环节。

因此,设计上必须对开孔采取有效的补强措施,使被削弱的部分得以补偿。

开孔补强基本原理
2.1.等面积法
该法是以受拉伸的开孔大平板作为计算模型的,即仅考虑容器壳体中存在的拉伸薄膜应力,且以补强壳体的一次总体平均应力作为补强原则。

当开孔较小时,开孔边缘的局部应力是以薄膜性质的应力为主的,但随着壳体开孔直径增大,开孔边缘不仅存在很大的薄膜应力,
而且还产生很高的弯曲应力。

等面积法的开孔补强结构所形成的应力集中在某一区域内,当离孔边缘的距离越大,越接近薄膜应力。

它的特点是:角焊缝,具有应力突变,易产生应力集中点,受力状态不好。

2.2.分析法
这种补强方法是以壳体极限分析为基础的,相对等面积法合理得多,但须受开孔壳体和补强接管的尺寸限制。

这种方法优点是:克服等面积法的缺点,在转角处采用圆滑过渡,减少结构形状的突变,减小应力集中程度。

将补强面积集中在应力最高点,充分利用补强面积,使补强更经济、合理。

对比分析
3.1.等面积法
等面积法顾名思义:壳体截面因开孔被削弱的承受强度的面积,须有补强材料予以等面积补偿,其实质是壳体截面因开孔丧失的强度,即被削弱的“强度面积”A乘以壳体材料在设计温度下的许用应力[σ]t,即A[σ]t,应由补强材料予以补偿,当补强材料与壳体材料相同时,。

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