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压力容器开口补强及其在耐压试验工况下的应力校核--第1页
压力容器开口补强及其在耐压试验工况
下的应力校核
摘要:阐述等面积法开口补强原理,并对及其在耐压试验下的校核提出分析
讨论。
关键词:开口补强耐压试验压力应力校核
由于工艺操作及壳体结构的要求,压力容器经常需要在壳体或封头上开孔。
开孔不仅会削弱结构本身的强度,同时也会因结构的不连续产生较大的应力集中,
开口接管的应力校核是保障压力容器安全运行的重要环节。
在压力容器的设计中,一般可以把应力分为三类:一次应力、二次应力、峰
[1]
值应力。压力容器的开口接管处理论上同时存在这三种应力。等面积法补强是
以两边受拉伸的无限大平板开小孔的应力集中作为理论基础的,补强准则是开孔
截面的许用拉伸应力大于未开孔时该处的许用拉伸应力,仅涉及一次应力问题。
该法对二次应力通过开孔大小、长短径比值和开孔率来加以限制,认为在满足标
准要求的范围内,二次应力不会对容器造成破坏。对于峰值应力,等面积法没有
考虑,所以标准要求等面积法不能用于疲劳容器。即在标准要求的适用范围内,
等面积法的设计过程仅是对一次应力的补强过程,本文在此基础上进行以下讨论。
[2]
GB/T150-2011并未对耐压试验工况下壳体的开口补强校核做强制性要求,
标准规定,只有当耐压试验压力大于标准要求的最小值时,才应在耐压试验前,
校核各受压元件在试验条件下的应力水平,并提出了壳体元件的应力校核条件。
但是标准要求的试验压力最小值超过了正常操作时的设计压力值,在此情况下不
要求耐压试验应力校核是否合理?我们通过以下讨论说明。
[2]
内压工况下,GB/T150-2011要求的耐压试验最小值为:
(1)
压力容器开口补强及其在耐压试验工况下的应力校核--第1页
压力容器开口补强及其在耐压试验工况下的应力校核--第2页
液压试验y的取值为1.25。液体耐压试验的压力为,可以看做
设计温度和试验温度下压力的折算,而液压实验的超压试验性,主要体现在系数
1.25上,现从以下几方面加以阐述和论证。
一、弹性失效准则下的筒壁应力分析
根据拉美公式,仅受内压的圆筒筒壁的应力分布见表1:
表1内压工况厚壁圆筒筒壁应力值
任意半内外壁
径R处壁处
处
径0
向应
力
环
向应
力
轴
向应
力
注:表中为所受内压,,
压力容器开口补强及其在耐压试验工况下的应力校核--第2页
压力容器开口补强及其在耐压试验工况下的应力校核--第3页
将表1三个主应力分别代入常规设计的弹性失效设计准则:最大拉应力准则、
最大切应力准则、形状改变比能准则,得到相应准则下应力强度和径比计算公式,
同时将中径公式的相应参数汇总,见表2所示。
表2按弹性失效准则的内压厚壁圆筒强度计算式
设应力筒体
计准则强度
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