壓力容器設(shè)計(jì)-開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)課件

14.34.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)4.壓力容器設(shè)計(jì)CHAPTERⅣDesignofPressureVessel2壓力容器開孔3壓力容器開孔5開孔接管根部應(yīng)力集中的特點(diǎn)應(yīng)力集中的范圍是很有限的d/D越大，應(yīng)力集中越嚴(yán)重δ/D越小，應(yīng)力集中越嚴(yán)重增大接管壁厚，可減小應(yīng)力集中球殼上開孔的應(yīng)力集中小于柱殼上開孔的應(yīng)力集中6應(yīng)力集中對容器安全使用的影響

應(yīng)力集中局部塑性變形疲勞裂紋破裂交變載荷7一、補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部補(bǔ)強(qiáng)整體補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)整鍛件補(bǔ)強(qiáng)4.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)9一般使用在：靜載、常溫、中低壓、材料的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度低于540MPa、補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于1.5δn、殼體名義厚度δn不大38mm的場合。應(yīng)用：HG21506-92《補(bǔ)強(qiáng)圈》，JB/T4736-95《補(bǔ)強(qiáng)圈》標(biāo)準(zhǔn)：4.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)10（2）厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：在開孔處焊上一段厚壁接管，見（b）圖。特點(diǎn)：補(bǔ)強(qiáng)處于最大應(yīng)力區(qū)域，能更有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)。接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡單，焊縫少，焊接質(zhì)量容易檢驗(yàn)，補(bǔ)強(qiáng)效果較好。圖4-37（b）高強(qiáng)度低合金鋼制壓力容器由于材料缺口敏感性較高，一般都采用該結(jié)構(gòu)，但必須保證焊縫全熔透。應(yīng)用：4.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)11圖4-37（c）（3）整鍛件補(bǔ)強(qiáng)整體鍛件4.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)13二、開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則指采取適當(dāng)增加殼體或接管厚度的方法將應(yīng)力集中系數(shù)減小到某一允許數(shù)值。開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)：開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則——等面積補(bǔ)強(qiáng)法塑性失效準(zhǔn)則—極限分析法4.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)14（1）等面積補(bǔ)強(qiáng)定義：殼體因開孔被削弱的承載面積，須有補(bǔ)強(qiáng)材料在離孔邊一定距離范圍內(nèi)予以等面積補(bǔ)償。原理：以雙向受拉伸的無限大平板上開有小孔時(shí)孔邊的應(yīng)力集中作為理論基礎(chǔ)的，即僅考慮殼體中存在的拉伸薄膜應(yīng)力，且以補(bǔ)強(qiáng)殼體的一次應(yīng)力強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。故對小直徑的開孔安全可靠。問題：沒有考慮開孔處應(yīng)力集中的影響，沒有計(jì)入容器直徑變化的影響，補(bǔ)強(qiáng)后對不同接管會得到不同的應(yīng)力集中系數(shù)，即安全裕量不同，因此有時(shí)顯得富裕，有時(shí)顯得不足。優(yōu)點(diǎn)：長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，簡單易行，當(dāng)開孔較大時(shí)，只要對其開孔尺寸和形狀等予以一定的配套限制，在一般壓力容器使用條件下能夠保證安全，因此不少國家的容器設(shè)計(jì)規(guī)范主要采用該方法，如ASMEⅧ-1和GB150等。4.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)15帶有某種補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的接管與殼體發(fā)生塑性失效時(shí)的極限壓力和無接管時(shí)的殼體極限壓力基本相同。（2）極限分析補(bǔ)強(qiáng)定義：4.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)17四、等面積補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算GB150對開孔范圍的要求：主要用于補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算開孔部位允許開孔孔徑筒體Di≤1500mm：d≤Di/2，且不大于520mm；Di>1500mm：d≤Di/3，且不大于1000mm凸形封頭d≤Di/2平板形封頭d≤Di/2錐形封頭d≤Di/3注：此處的Di是指開孔中心處錐體內(nèi)直徑（1）對開孔直徑的限制18（2）在橢圓封頭或碟形封頭過渡部分開孔時(shí)，其孔的中心線宜垂直于封頭表面（3）盡量不在焊縫上開孔，如果避不開必須在焊縫上開孔時(shí)，則在開孔中心為圓心，以1.5倍開孔直徑為半徑的圓中所包容的焊縫，必須進(jìn)行100%的探傷。3d100%探傷19在一定范圍內(nèi)能起補(bǔ)強(qiáng)作用，除了此范圍，則起不到補(bǔ)強(qiáng)作用。有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)：矩形WXYZ，見圖4-38。圖4-38（3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍4.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)21內(nèi)外側(cè)有效高度：按式（4-80）和式（4-81）計(jì)算，分別取式中較小值外側(cè)高度

（4-80）h1=接管實(shí)際外伸高度（4-81）

h2=接管實(shí)際內(nèi)伸高度內(nèi)側(cè)高度4.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)22（4-82）（4-83）

有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)WXYZ范圍內(nèi)，可作為有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積有以下幾部分：(4)補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)金屬面積Ae①A1—?dú)んw有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積。

②A2—接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積。④A4—有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)另外再增加的補(bǔ)強(qiáng)元件的金屬截面積。③A3—有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫金屬的截面積。4.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)234.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)25

補(bǔ)強(qiáng)材料一般需與殼體材料相同，若補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力小于殼體材料許用應(yīng)力，則補(bǔ)強(qiáng)面積按殼體材料與補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力之比而增加。若補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力大于殼體材料許用應(yīng)力，則所需補(bǔ)強(qiáng)面積不得減少。要求：孔周邊會出現(xiàn)較大的局部應(yīng)力，采用分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法和壓力面積法等方法進(jìn)行分析計(jì)算。大開孔補(bǔ)強(qiáng)：

《GB150-1998鋼制壓力容器》第78頁至第81頁多個(gè)開孔補(bǔ)強(qiáng)：4.3.5開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)26開孔所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積主要由dδ確定，當(dāng)在內(nèi)壓橢圓形封頭或內(nèi)壓碟形封頭上開孔時(shí)，則應(yīng)區(qū)分不同的開孔位置取不同的計(jì)算厚度。五、接管方位

橢圓形封頭：開孔位于以橢圓形封