第十三章开孔补强与设备凸缘ppt课件.ppt

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1、第十二章开孔补强与设备凸缘第一节开孔补强第二节设备凸缘1第一节开孔补强一、开孔应力集中及应力集中系数二、开孔补强设计三、等面积补强计算2一、开孔应力集中及应力集中系数容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下列影响:1.开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。2.接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。3.壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。上述三种因素均使开孔或开孔接管部位的引力比壳体中的膜应力大，统称为开孔或接管部位的应力集中。3一、开孔应力集中及应力集中系数常用应力集中系数Kt来描述开孔接管处的力学特性。若未开

2、孔时的名义应力为σ，开孔后按弹性方法计算出的最大应力为σmax，则弹性应力集中系数为压力容器设计中对于开孔问题研究的两大方向是：研究开孔应力集中程度，估算Kt值；在强度上如何使因开孔受到的削弱得到合理的补强。4(一)开孔的应力集中1.平板开小孔的应力集中平板开孔的最大应力在孔边处孔边沿r=a处：5一、开孔应力集中及应力集中系数(一)开孔的应力集中1.平板开小孔的应力集中6(一)开孔的应力集中2.薄壁球壳开小圆孔的应力集中孔边处r=a，,应力集中系数7(一)开孔的应力集中3.薄壁圆柱开小圆孔的应力集中孔边处r=a，8(一)开孔的应力集

3、中9最大应力在孔边，是应力集中最严重的地方；应力集中具有局部性（thestressdecreasesrapidlywiththedistancefromtheedgeofthehole；应力集中的情况和开孔的孔径与直径的相对尺寸d/D成正比，开孔不宜过大；应力集中和δ/D成反比；所以增大开孔四周壳体的壁厚，则可以极大改善应力集中的情况，因此在开孔周围一定的范围内，采用焊接补强圈的方法。球壳上开孔的应力集中系数稍低于通体上开孔的应力集中系数；因此在可能的情况下，在封头上开孔，优于在壳体上开孔。容器开孔产生的应力集中呈现如下特点：101

4、1应力集中对容器安全的影响接管和壳体均为具有良好塑性的材料制成，如果容器内介质压力平稳，对容器的安全使用不会有太大的影响；如果容器内有较大的压力波动，则应力集中区的金属在交变的高应力作用下会出现反复的塑性变形，导致材料硬化，并产生疲劳破坏。应力集中是产生疲劳破坏的根源。12(二)开孔并带有接管时的应力集中系数以上仅在壳体上开孔，但是在实际中通常是还在开孔处有接管，开孔处因为接管与壳体在内压作用下发生变形协调而导致不连续应力出现。例如球壳与圆管的连接如下图所示。因此接管对开孔边缘处的应力集中影响也需要考虑。Fig.4Deformati

5、onandinternalforcesintheopeningofsphereshell13应力集中系数的计算1.应力指数法仅适用于单个开孔接管。诸方向的应力中各有一最大值σ，该值用应力指数k表示为对于球壳和成型封头对于圆柱壳式中Dm为可的平均直径，p为内压，tn为公称厚度K是指所考虑的各应力分量与容器在无开孔接管时的薄膜应力之比。14壳体上开孔接管附近的应力集中系数计算2.应力集中系数曲线为了便于设计、对不同直径的和不同厚度的壳，带有不同直径与接管，按照理论计算得到的应力集中系数绘制成一组组曲线。应力集中系数曲线图绘制，根据：●壳

6、体的直径，壳体厚度；●接管的直径，接管厚度；●接管形式的平齐接管，插入接管,的不同而绘制。举例如下：15（1）球壳上开孔装有平齐接管的应力集中系数球壳开孔带有平齐接管的应力集中系数与应力集中系数相关的两个无因次参数为:（1）开孔系数ρ，反映了球壳开孔的影响，值越大,应力集中系数越高。式中rm和Rm分别为接管与球壳的平均半径,T为球壳厚度（2）无因次量t/T，反映了接管的影响。16（2）球壳开孔装有插入接管的应力集中系数球壳开孔带有插入接管的应力集中系数17(三)应力集中系数的计算2.球壳开孔接管处应力集中系数曲线由图可知，当ρ越大，

7、即开孔直径越大时，应力集中系数越高。相反，减小孔径，增大壳壁厚度均可降低应力集中系数。另外，内伸式接管的应力集中系数较低，尤其当内伸接管管壁厚较厚时能有效的降低应力集中和补强。上述应力集中系数有一定的适用条件。当过小或过大时，应力集中系数曲线均会有较大的误差。两个适用条件为：18二、开孔补强设计开孔部分的应力集中将引起壳体局部的强度削弱，若开孔很小并有接管，且接管又能使强度的削弱得以补偿，则不需另行补强。若开孔较大，就要采取适当的补强措施。一般容器只要通过补强将应力集中系数降低到一定的范围即可。按“疲劳设计”的容器必须严格限制开孔接

8、管部位的最大应力。经过补强后的接管区可以使应力集中系数降低，但不能消除应力集中。19开孔补强设计的基本原则当在容器开孔后，在孔周围不需要进行补强的规定，称为开孔补强设计的基本原则。（1）允许不补强开孔的原因●应力集中的局部性原因，根据