压力容器设计开孔和开孔补强设计

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1、4.3常规设计4.3.5开孔和开孔补强设计4.压力容器设计CHAPTERⅣDesignofPressureVessel1-----------------------------------------------------------压力容器开孔2-----------------------------------------------------------压力容器开孔3-----------------------------------------------------------开孔带来的问题削弱器壁的强度产生高的局部应力4.3.5开孔和开孔

2、补强设计mmnn压力容器的轻型化发展使其显得越加严重！4-----------------------------------------------------------开孔接管根部应力集中的特点应力集中的范围是很有限的d/D越大，应力集中越严重δ/D越小，应力集中越严重增大接管壁厚，可减小应力集中球壳上开孔的应力集中小于柱壳上开孔的应力集中5-----------------------------------------------------------应力集中对容器安全使用的影响应力集中局部塑性变形疲劳裂纹破裂交变载荷6--------------

3、---------------------------------------------一、补强结构补强结构局部补强整体补强补强圈补强厚壁接管补强整锻件补强4.3.5开孔和开孔补强设计7-----------------------------------------------------------（1）补强圈补强结构：补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见（a）图。优点：结构简单，制造方便，使用经验丰富；图4-37（a）缺点：1）与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时，存在较大热膨胀差，在补强局部区域产生较大的热应力；2）与壳体采用搭接连接

4、，难以与壳体形成整体，抗疲劳性能差。4.3.5开孔和开孔补强设计8-----------------------------------------------------------一般使用在：静载、常温、中低压、材料的标准抗拉强度低于540MPa、补强圈厚度小于或等于1.5δn、壳体名义厚度δn不大38mm的场合。应用：HG21506-92《补强圈》，JB/T4736-95《补强圈》标准：4.3.5开孔和开孔补强设计9-----------------------------------------------------------（2）厚壁接管补强结构

5、：在开孔处焊上一段厚壁接管，见（b）图。特点：补强处于最大应力区域，能更有效地降低应力集中系数。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验，补强效果较好。图4-37（b）高强度低合金钢制压力容器由于材料缺口敏感性较高，一般都采用该结构，但必须保证焊缝全熔透。应用：4.3.5开孔和开孔补强设计10-----------------------------------------------------------图4-37（c）（3）整锻件补强整体锻件4.3.5开孔和开孔补强设计11----------------------------------------

6、-------------------补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低应力集中系数；可采用对接焊缝，并使焊缝及其热影响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低10～15%。重要压力容器，如核容器、材料屈服点在500MPa以上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大直径开孔容器等。结构：将接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与壳体和接管焊接，见（c）图。优点：缺点：锻件供应困难，制造成本较高。应用：4.3.5开孔和开孔补强设计12-----------------------------------------------------

7、------二、开孔补强设计准则指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应力集中系数减小到某一允许数值。开孔补强设计：开孔补强设计准则弹性失效设计准则——等面积补强法塑性失效准则—极限分析法4.3.5开孔和开孔补强设计13-----------------------------------------------------------（1）等面积补强定义：壳体因开孔被削弱的承载面积，须有补强材料在离孔边一定距离范围内予以等面积补偿。原理：以双向受拉伸的无限大平板上开有小孔时孔边的应力集中作为理论基础的，即仅考虑壳体中存在的拉伸薄膜应力，且以补强壳体的一次应力强

8、度作为设计准则。故对小直径的开孔安全可