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前言
压力容器的开孔补强常规计算方法,国内标准(GB/T150-2011、JB4731)主要采用等面积法。下面老愚为大家剖析等面积补强方法的理论基础及其局限性,为广大设计人员提供设计参考。
1理论基础 无限大平板开小孔理论。
其补强原理是根据等强度补强,也就是挖去多少金属,失去了多少抗拉强度,就要补回多少抗拉强度。(国外标准中的压力面积法也是这个道理,本质是一样的,只不过表达形式和对开孔尺寸和形式的限制稍有区别)2壳体开孔之后,在开孔边缘引起的三种应力 局部薄膜应力、弯曲应力、峰值应力。(这三种应力的具体解释,请读者自行查阅JB4732,老愚在这里不具体解释了)
3局限性 (1)这种理论仅仅考虑开孔截面处产生的平均应力(即局部薄膜应力),而忽略了开孔边缘的弯曲应力和过高的应力集中。这些应力可能导致:在静载荷时引起过大的变形或破坏;使低温设备可能引起脆性断裂;使交变载荷的疲劳设备发生疲劳破坏。
所以GB150对等面积法的适用范围做出了明确。比如,GB150中就对壳体的开孔直径大小有严格规定,这就是为了避免开孔边缘有过大的弯曲应力;GB150中还要求开孔的长短轴比不能超过2,即斜接管的倾斜角度不能超过60度,这是为了避免开孔边缘有过高的应力集中。
对于疲劳设备,由于需要考虑峰值应力,而等面积法补强并没有考虑峰值应力,所以对于疲劳设备并不能采用等面积补强。(2)未考虑结构不连续引起的附加应力。 (3)也未考虑热膨胀、无支架连接的管道的自重等引起的外载荷。
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以上内容转载公众号:老余讲压力容器
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