标准椭圆封头上大开孔应力分析
GB150及压力容器设计基础 (1)解析
涉及压力容器的基本法规和标准
压力容器的概念
压力容器的划定范围
受压元件：容器中直接承受压力载荷（包括内压和外压）的零部 件，如容器壳体元件、开孔补强圈、外压加强圈等 非受压元件：为满足使用要求而与受压元件直接焊接成为整体， 不承受压力载荷（只承受重力载荷）的零部件，如支座、吊耳、 垫板等 GB150和《容规》明确规定了压力容器的范围，是指壳体及其连为 整体的受压零部件（受压元件）
1、总论
各厚度之间的相互关系
1、总论
1.4 设计参数
1.4.4 许用应力
许用应力是材料力学性能与相应安全系数之比值：
σb/nb σs/ns σD/nD σn/nn 当设计温度低于20℃取20℃的许用应力。
主要内容
1、总论 2、受压元件 3、外压元件（园筒和球壳）
4、开孔补强
5、法兰
压力容器的概念
压力容器的设计
各级设计人员：设计，校核，审核，批准（设计技术负责人）， 审定（技术总负责人，总工程师） 设计任务书：标识，结构，介质，管口表，操作条件，设计条件 ，设计寿命，主材，载荷条件，其它 设计文件：
设计任务书 计算书 图样：总图，装配图，部件图，零件图，等
中径（Di+δ）替代Di
2
2
t
Pc Di
1
4 Pc
t
Pc Di
2
2 Pc
t
Pc Di
适用范围Pc 0.4 , 相当于K 1.5
2、受压元件——园筒和球壳
H , 是以 K D0 1.2 薄壁容器内径公式导出，认为应力是均匀分布。 Di 随壁厚增加K值增大，应力分布不均匀程度加大，当K=1.5时，由薄壁公式 计算应力比拉美公式计算应力要低23%，误差较大；当采用（Di+δ）替代 Di内径后，则其应力仅相差3.8%，这样扩大了公式应用范围（K≤1.5）， 误差在工程允许范围内。
椭圆封头开孔接管局部应力分析
Ｇ ．
Ｔ
．
ｏ ｓ
；
若用 弹性 公式 计算 其最 大应 力 ｏ ：
毯
Ｇ一 ＝
等
（ ３ ）
㈩ Ｏ Biblioteka 变 ￡ 将 公式 （ ）求得 的Ｍｐ ２ 带入 式 （ ）可 得 ： ３
ａ一 ＝
图３ 应力 一应变图
Ｊ ７ ２ １ ９ 《 制压 力 容 器 一 分 析 设 计 标 Ｂ ４ ３ —９ ５ 钢 准 》 中 曾 以梁 为例 ，对 承 受 弯 曲的 梁 的极 限分 析
５结 论
通 过 对 封 头 开 孔 接 管 局 部 应 力 分 析 ， 准 确 地 分 析 了 结构 的实 际受 力 状 态 ，避 免 了应 力 分 类 的盲 目性 。真 实 准 确 地 对 局 部 应 力 强 度 进 行 了安 全 评 定 。 以塑 性 失 效 准 则 、弹 塑 性 失 效 准 则 为 基 础 的分 析 设 计 ，是 与 工 程 力 学 紧 密 结 合 的产 物 ， 它 不 仅 解 决 了压 力 容 器 常 规 设 计 中无 法 解 决 的 问 题 ，也 是容器 设 计观 念 与方法 上 的一个 飞 跃 。
１３ ａ １９ ａ ３ Ｍｐ ￣ ５ Ｍｐ ，满 足 公 式 （ ）的强 度 条件 ， ５ 仍 具有 一 定 的承 载 能 力 ， 塑 性 区域 变 形特 别 小 ， 并 随着 远 离过 渡 区而 逐 渐 消 失 。根 据 上 述 失效 准 则 分 析 ，在 管道 外 载 荷 和 内压 共 同作 用 下 ，椭 圆 封 头 开 孔接 管 结 构局 部 塑 性变 形 并 不会 导致 容 器 破坏。
一
６ Ｍ
ｏ
』
ｘ
／
最新压力容器设计单位资格考核参考题(附答案)
《压力容器设计单位资格考核参考题》一、填空题：1. 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器为二类压力容器。
2. 有一只压力容器，其最高工作压力为真空度670mmHg，设计压力为0.15Mpa，其容器类别为类外。
3. 压力容器检验孔的最少数量：300mm＜Di≤500mm 2 手孔;500mm＜Di≤1000mm 1 人孔或 2 手孔;Di>1000mm 1 人孔或 2 手孔。
4. 符合下列条件之一的压力容器可不开设检查孔：1) 筒体内径小于等于300 mm的压力容器。
2) 压力容器上设有可以拆卸的封头、盖板或其他能够开关的盖子，它的尺寸≥所规定的检查孔尺寸。
3) 无腐蚀或轻微腐蚀，无需做内部检查和清理的压力容器。
4) 制冷装置用压力容器。
5) 换热器。
5. 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的中压储存容器其PV乘积≥10 MPa·m3为三类压力容器。
6. 第二类压力容器中易燃介质的反应压力容器和储存压力容器的对接接头必须进行100%射线或超声检测。
7. 用于制造压力容器壳体的碳素钢和低合金钢钢板，凡符合下列条件之一，应逐张进行超声检测：1) 盛装毒性程度为极度、高度危害介质的压力容器。
2) 最高工作压力大于等于10 MPa的压力容器。
3) 盛装介质为液化石油气且硫化氢含量大于100 mg/L的容器。
8. 压力容器的设计、制造（组焊）、安装、使用、检验、修理和改造均应严格执行《容规》的规定。
9. 常温下盛装混合液化石油气的压力容器(储存容器或移动式压力容器罐体)应进行炉内整体热处理。
10.《容规》适用于同时具备下列条件的压力容器：1)最高工作压力大于等于0.1Mpa(不含液体静压力)；2)内直径(非圆型截面指断面最大尺寸)大于等于150mm ，且容积(V)大于等于0.025m3；3)介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。
11.按《容规》规定，压力容器安全附件包括：安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、压力表、液面计、测温仪表和快开门式压力容器的安全联锁装置。
平板封头与椭圆形封头应力测定及分析
平板封头与椭圆形封头应力测定及分析摘要压力容器是内部或外部承受气体或液体压力、并对安全性有较高要求的密封容器。
椭圆形封头和平板封头容器的应力分布情况先从理论上分析了并采用电测法测量其应力，结合ANSYS有限元分析方法进行比较讨论。
应力分析的目的就是求出结构在承受载荷以后，结构内应力分布情况，找出最大应力点或求出当量应力值，然后对此进行评定，以把应力控制在许用范围以内。
经过此次实验并将实验数据与ANSYS有限元法分析所得到的数据进行了对比，得到了以下的分析结果：在实际测得数值与理论数值有些不一样，一些点的误差比较大，实验测得数据与ANSYS所得到的数据相接近。
关键词：压力容器；平板封头；椭圆形封头；应力分析；ANSYS有限元法ABSTRACTPressure vessel is internal or external to gas or liquid pressure, and the security requirements of a sealed container.Analyses the stress distribution in the ellipse head and Flat head containers theoretically,and measures the stress by electrical measurement method,then carries on compare and discuss by combining ANSYS finite element analysis method.The purpose of stress analysis is to find out the structure load, the structure, the stress distribution of the greatest stress or equivalent to stress the value,then this assessment, to put the stress in a control within. after the experiment and experimental data and ansys the finite-element method analysis of data in contrast, the following analysis results：experimental and theoretical values measured there are some differences，the error of some points are relatively large the experimental measured results obtained in good agreement with ANSYS.Keywords:Pressure vessel；Flat head；Ellipse head；Stress analysis；Using the ANSYS finite element metho目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1压力容器的结构 (1)1.1.1压力容器典型组成 (1)1.2压力容器主要分类 (3)1.2.1 按介质危害性分类 (3)1.2.2 压力容器分类 (4)1.3世界压力容器规范标准 (6)1.3.1 国外主要规范标准简介 (7)1.3.2 国内主要规范标准简介 (9)第二章椭圆形封头与平板封头的应力分析并计算 (12)2.1载荷分析 (12)2.1.1载荷 (12)2.1.2载荷工况 (14)2.2椭圆形封头的应力分析并计算 (14)2.2.1 回转薄壳的不连续分析 (15)2.2.2 无力矩理论的基本方程 (16)2.2.3薄壁圆筒理论计算公式推导 (19)2.2.4 椭圆形封头理论计算公式推导 (20)2.2.5理论计算并分析已知椭圆形封头的应力 (22)2.3平板封头应力分析 (23)2.3.1 概述 (23)2.3.2 圆平板对称弯曲微分方程 (24)2.3.3 圆平板中的应力 (29)2.3.4理论计算并分析已知圆平板封头的应力 (32)第三章实验法进行封头的应力测定及分析 (34)3.1电测法测定封头应力 (34)3.1.1 电测法的目的、原理及要求 (34)3.1.2实验前装置及仪器准备 (36)3.1.3 实验步骤 (36)3.1.4 电测法实验结果 (36)3.1.5 理论计算与实验结果对比并分析 (38)第四章有限元法对封头进行应力分析 (42)4.1 ANSYS有限元分析简介 (42)4.1.1 ANSYS软件提供的分析类型 (42)4.2 ANSYS对已知平板封头应力分析 (43)4.2.1 ANSYS对已知平板封头应力分析步骤 (43)4.3 ANSYS对已知椭圆形封头应力分析结果 (52)第五章数据处理及误差分析 (56)5.1对椭圆形封头和平板封头的数据处理 (56)5.2将计算法、实验法、有限元法的结果进行对比并进行误差分析 (57)第六章结论 (58)参考文献 (59)致谢.......................................................................................................................... 错误！未定义书签。
过程设备设计第三版(郑津洋)课后习题答案
1.压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用?答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。
筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。
封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。
密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。
开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。
支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上。
安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数，保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。
2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？答：介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。
如Q235-A或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
毒性程度对法兰的选用影响也甚大，主要体现在法兰的公称压力等级上，如内部介质为中度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.0MPa；内部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.6MPa，且还应尽量选用带颈对焊法兰等。
易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。
如Q235-A·F不得用于易燃介质容器；Q235-A不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝（包括角焊缝）均应采用全焊透结构等。
3.《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？答：因为pV乘积值越大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。
椭圆封头中心接管在内压及弯矩作用下的应力分析
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｌｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｉ ｈ ｕ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇＦｕ ｓ ｈ ｕ ｎ １ １ ３ ０ ０１ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
李 程 ，王茂廷 ，龚 雪 ，吕 明
（ 辽 宁石 油化 工大 学 机 械工 程学 院 ， 辽宁 抚 顺 １ １ ３ ０ ０ １ ）
Байду номын сангаас摘
要 ：应用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件对椭 圆封头 中心接管结构进行建模 和网格 划分 ，并且对接管端部施加了弯矩 ，
之后对整体模型做ｍ 了应力强度分析 ，得到 了在设计压力 下结 构的应力 分布和变形。按照 Ｊ Ｂ ４ ７ ３ ２ — １ ９ ９ ５《 钢制 压力 容器一 分析设 计标准 》对危险截面进行应力强度评定 。分 析结 果表明 ，强度满足要求 。 关 键 词 ：封头 ；接管 ；应力分析 ；强度评定
文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ０ ４ ６ ０（ ２ ０ １ ３）０ １ — ０ １ ０ ５ — ０ ３ 中图分类号 ：Ｔ Ｑ ０ ５ ０
Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ Ｎｏ ｚ ｚ ｌ ｅ Ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｅｌ ｌ ｉ ｐｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｈｅ ａ ｄ ｓ Ｕｎ ｄｅ ｒ Ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｎａ ｌ Ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ ａ ｎｄ Ｂｅ ｎ ｄｉ ｎｇ Ｍ ｏ ｍｅ ｎｔ
压力容器封头的选用原则
压力容器封头的选用原则选用原则应根据工作条件的要求，既要考虑封头的形状及其应力的分布规律，又要考虑冲压、焊接、装配的难易程度，进行全面的技术和经济分析。
几何方面同体积以半球形封头表面积为最小，椭圆形封头与碟形基本相同。
力学方面在直径、壁厚、工作压力相同的条件下，半球封头应力最小，两向薄膜应力相等，而且沿经线均匀分布，如与壁厚相等的筒体连接，边缘附近的最大应力与薄膜应力并无明显不同。
椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但比碟形封头要好些，顶点处应力最大，在赤道上出现周向压应力，当Di/(2h) =2与壁厚相等的筒体连接时，椭圆形封头可以达到与筒体等强度。
碟形封头在力学上的最大缺点在于具有较小的折边半径r，这一折边区的存在使得封头的经线不连续，以致使该处产生较大的经向弯曲应力和周向压应力。
不过r/R越小，则折边区的这些应力就越大，因而有可能发生周向裂纹，亦可能出现周向折皱。
当r=0时，碟形封头成为无折边球形盖，封头的力学性能不好，在折点的局部区将出现峰值应力，折点处的焊缝将成为危险源，封头与筒体的角焊缝为全焊透结构。
锥形封头在化工容器中采用的目的是锥形壳体有利于流体均匀分布和排料，锥形封头就力学特点来说，锥顶尖部分强度很高，在锥顶尖开孔一般不需补强。
制造方面及材料消耗各种封头一般是由敲打、冲压、滚卷或爆炸成型制造，半球形与椭圆形封头通常用冲压的方法制造，大型半球形封头亦可先冲压成球瓣，然后组对拼焊而成，碟形封头通常用敲打、冲压或爆炸成型，折边部分可滚压或敲打制成。
从制造工艺分析，封头越深，直径与壁厚越大，越不易制造成，尤其当选用高强钢更如此。
整体冲压半球形封头不如椭圆形封头好制造。
椭圆形封头必须有几何正确的椭圆面模具，人工敲打制造。
椭圆形封头制造灵活性大，锥形封头的锥顶尖部分很难卷制，当锥顶角较小时，为了避免制造上的困难和减小锥体高度，有时可以采用组合式封头（如加圆球面顶）。
带有接管的椭圆形封头结构应力分析及评定
ＡＮＳ ＹＳ有 限元 分 析软 件 对 受压 封 头 结 构 进
行 详 细 计 算 ，得 到 该 结 构 的 两 个 高 应 力 区 。 从 分 析 设 计 的 角度 ， 该 结 构 最 大 应 力 点 的 一
维普资讯
１ ２
油气田地面工程第 ２ ７卷 第 ７期 （ ０ ８ ７ ２ ０ ．
相 贯 区域 出现 两个 高应 力 区 。
椭 圆封头 结构 进行 了应 力分 布计 算 ，得到 该结 构 的
一２ ０ ｍｍ，承 受 外 部 管 线 弯 矩 Ｍ 一 ８× １ Ｎ ・ ０
力 （ 值 为 １ ． ２ＭＰ ） 和 弯 矩 Ｍ ，接 管 ２上 作 其 ６ ５ ａ
用 着等 效轴 向拉 应 力 （ 值 为 ９ ８ ａ 。材 料 为 其 ． １ＭＰ ）
线 性 各 向 同 性 材 料 ，服 从 Ｍｉｅ 屈 服 准 则 。 ｓｓ
２ 网格 划 分
利用 ＡＮＳ ＹＳ结 构 分析模 块 中的三 维 实体 Ｓ ｌ ｏ—
接 管 ２不 受 弯矩作 用 ，变 形较小 ，接管 ２ 封头相 与
贯 部位 位 移在 １ ４ ． ５ｍｍ 以下 ，不 属于 大变 形 区。 （ ） 高应力 区 。计 算结 果显示 ，在接 管 与封头 ２
ｍｍ；接 管 ２内径 １ ０ ０ ，壁厚 ｔ 一４ 。 ５ｍｍ，外 伸长
度 Ｌ 。一 １ ０ ｍｍ ， 焊 缝 外 侧 过 度 圆 角 半 径 ｒ ２ 一 ３ ０
ｍｍ，焊缝 内侧过 度 圆角半 径 ｒ 一 １ ５ｍｍ； 内压载 荷 Ｐ一２ ９ ａ ． ４ＭＰ ；材 料 弹 性模 Ｅ 一２ ６０ ０ ＭＰ ， ０ ０ ａ
椭圆封头应力分布规律
椭圆封头应力分布规律椭圆封头是常见的容器封头之一，由于其外形呈现椭圆形，因此在制造和使用过程中，其所受到的应力分布显得十分重要。
本文将针对椭圆封头的应力分布规律进行详细的介绍和分析。
椭圆封头的应力分布有两种情况：一种是内压情况下的应力分布，另一种是外压情况下的应力分布。
在实际应用中，由于其形状复杂，往往难以通过实验直观观察。
因此，我们可以通过数学模型和仿真的方法来得出应力分布规律，以下为具体解析：一、内压情况下的应力分布当椭圆封头承受内压时，其内部压力沿着圆弧方向均匀分布，而沿着长轴和短轴方向则呈现出不同的分布规律。
封头短轴方向上的应力分布规律如下：1.轴向应力由于短轴方向上的应力分布呈现出对称性，在处理时可以简化处理，即假设棱壳外表面和圆弧壳外表面受到同样大小的内压力。
那么这时针对椭圆封头短轴方向上的应力分布，其轴向应力公式为：σx=max{[(4*P)/(π*D*L)]*(1-(x/L)^2)^(1/2)},其中P 表示内部压力，D表示封头外径，L表示封头短轴长度，而x则表示椭圆封头上的距离圆心的轴向距离。
2.切向应力切向应力在短轴方向上是非常复杂的，而由于短轴方向上应变近似于轴向应变，因此我们可以通过简化运算得出切向应力的公式：τxy=[(2*P)/(π*D*L)]*x/L，其中τxy代表切向应力。
3.周向应力周向应力在短轴方向上是最大的，其公式为：σφ=[(2*P)/(π*D*L)]*(L/2)。
封头长轴方向上的应力分布规律则如下：1.轴向应力长轴方向上的轴向应力分布与短轴方向的不同，因为长轴方向的应力分布并不对称。
当处于长轴方向上的点距离圆心为a时，其应力跟短轴方向上不同，其公式为：σx=max{[(4*P)/(π*D^2)]*[1-(2a/D)^2]^(1/2)}。
2.切向应力切向应力在长轴上的分布也复杂，需要采用半圆壳理论来进行分析，其计算公式如下：τxy=[(4*P*a)/(π*D*L)]*[(a^2/D^2)-1]^(1/2)。
反应釜封头部位大开孔接管应力分析与强度校核
文章编号
０ ２ ５ ４ － ６ ０ ９ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ － ０ ０ ８ ３ － ０ ３
反应 釜用 于 物 料 甲酸 二 甲脂 的 合成 反应 ， 其 封头 承受一 定 的 内压 。根 据 实 际 生 产工 艺要 求 ， 需在 封头 部位 开一个 超标 接管 孔 。开孔 结 构破坏
、
。
●
了原 有 的应 力 分 布并 引 起 应 力集 中 ， 使 容器 产 生 裂 纹 甚至爆 炸 ¨ 。 ， 且 其理 论 应 力 分析 较 为复 杂 。 随着 有限元 技 术 的发 展 ， 分 析 设 计 方 法 在 结 构强 度 设计 和校 核 中得到 越来 越多 的应 用 。吴 和平等
（ 收稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — ０ ３ — ０ ７ ， 修 回 日期 ： ２ ０ ｔ ５ ０１ － — １ ４ ）
第４ ２卷
第 １期
化
工
机
械
１ ０ ９
参 考 文 献
王丹 ， 董其伍 ． 刘敏珊． 管 壳 式 换 热 器 壳 程 特 性 数 值 模 拟［ Ｊ ］ ． 南 京 工 业 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ） ， ２ ０ ０ ９ 。
３ １ （ ５） ： ５ ２—５ ７．
数选 择分析［ Ｊ ］ ． 石 油机械 ， ２ ０ ０ ９ ， ３ ７ （ ２ ） ： ４ １— ４ ４ ．
图 １ 反 应 釜基本 结构 示 意 图
￣ ２ ７ ３ ｍｍ× ７ ｍｍ， 材 料 的弹 性模 量 为 ０ ． ２ Ｇ Ｐ ａ ， 泊松
比为 ０ ． ３ 。
轴线 到椭 圆长 轴 的距 离 为 ２ ８ ４ ． ５ ａ ｒ ｍ， 接 管规 格为
－ 张君颜 ， 女， １ ９ ９ ３年 ２月 生 ， 本 科 生 。 山东 省 青 岛市 ， ２ ６ ６ ５ ８ ０ 。
受内压标准椭圆封头中的最大应力
受内压标准椭圆封头中的最大应力受内压标准椭圆封头中的最大应力1. 引言在工程领域中，容器和封头是非常常见的结构，它们承受着各种内外压力和力的作用。
而当涉及到封头结构时，椭圆封头是一种常见且重要的设计选择。
受内压标准椭圆封头是一种形状为椭圆的封头，其内部承受着压力的力量。
本文将详细探讨受内压标准椭圆封头中的最大应力，并对其原因和应对措施进行分析。
2. 椭圆封头中的应力分析受内压标准椭圆封头中的最大应力是设计和工程领域中非常重要的一个概念，它决定了封头的结构强度和可靠性。
让我们来了解椭圆封头中内部应力的来源。
2.1 圆筒部分的应力分析在受内压标准椭圆封头中，由于内部压力的作用，圆筒部分会出现周向和纵向的应力。
周向应力是指圆筒壁面上与圆心的夹角方向的应力，而纵向应力是指与圆筒轴线平行的应力。
根据力学原理，周向应力σ周和纵向应力σ纵可以通过以下公式计算得出：σ周 = PD / (2t)σ纵 = PD / (4t)其中，P是内部压力，D是圆筒直径，t是圆筒壁厚。
2.2 椭圆盖板部分的应力分析椭圆盖板部分是椭圆封头的上半部分，其形状呈现出一种椭圆的曲面。
在受内压标准椭圆封头中，椭圆盖板的最大应力出现在边缘处，即长轴和短轴相交处。
这是因为在边缘处，椭圆盖板受到了内部压力的最大影响。
根据应力分析，椭圆盖板的最大应力σmax可以通过以下公式计算得出：σmax = (PD / 4) * (a² / b²) * [(1 - (a² / b²)) ^ 2]其中，a是椭圆长轴的长度，b是椭圆短轴的长度。
3. 最大应力的原因和应对措施在受内压标准椭圆封头中，最大应力的出现通常是由以下几个因素引起的：3.1 内部压力大小内部压力的大小是决定最大应力的主要因素之一。
当内部压力增加时，最大应力也会相应增加。
在设计和制造椭圆封头时，需要根据实际需求和使用环境来确定合适的内部压力。
3.2 封头形状和尺寸椭圆封头的形状和尺寸也会对最大应力产生影响。
标准椭圆封头
标准椭圆封头
椭圆封头的设计和制造需要遵循一定的标准和规范，以保证其质量和可靠性。
首先，椭圆封头的几何形状需要符合相关的设计规范，包括椭圆形状的长短轴比、封头厚度、封头与筒体的连接方式等。
其次，在材料选择和制造工艺上，需要严格按照相关标准进行，以保证封头的强度、密封性和耐腐蚀性能。
此外，椭圆封头的焊接工艺也需要符合相关的焊接标准，确保焊缝质量和可靠性。
在使用椭圆封头时，需要注意其安装和维护保养，以延长其使用寿命并确保设备的安全运行。
首先，在安装过程中，需要严格按照相关的安装规范进行，确保封头与筒体的连接牢固可靠，不出现泄漏和变形等问题。
其次，在设备运行过程中，需要定期对椭圆封头进行检查和维护，及时发现并排除潜在的安全隐患，确保设备的正常运行。
总的来说，标准椭圆封头作为压力容器的重要部件，具有较好的受力性能和制造工艺优势，广泛应用于各种工业设备中。
在设计、制造、安装和维护过程中，需要严格按照相关标准和规范进行，确保椭圆封头的质量和可靠性，保障设备的安全运行。
同时，对于椭圆封头的使用和维护，需要加强相关人员的培训和管理，提高设备的安全性和可靠性，为工业生产提供保障。
标准椭圆形封头
标准椭圆形封头
椭圆形封头是一种常见的压力容器头部结构，其外形呈椭圆形，具有良好的强度和刚度，被广泛应用于石油、化工、医药、食品等领域的压力容器中。
本文将对标准椭圆形封头的结构特点、制造工艺和应用领域进行介绍。
首先，椭圆形封头的结构特点。
椭圆形封头由两个椭圆形曲面和一段圆柱形颈部组成。
其曲率半径和椭圆长短轴的比值是确定其形状的关键参数。
椭圆形封头的结构设计合理，能够承受较大的内压力，具有良好的强度和刚度，能够满足压力容器的使用要求。
其次，椭圆形封头的制造工艺。
椭圆形封头的制造主要包括板材开料、成形、焊接和热处理等工艺过程。
在板材开料阶段，需要根据封头的尺寸和形状要求进行切割，保证板材的尺寸准确。
成形过程中，通过压力机或卷边机将板材冲压成椭圆形封头的形状。
焊接是椭圆形封头制造的关键环节，需要保证焊缝的质量和封头的密封性。
最后，经过热处理等工艺，提高封头的强度和硬度，确保其在使用过程中的安全可靠性。
最后，椭圆形封头的应用领域。
椭圆形封头广泛应用于石油、化工、医药、食品等领域的压力容器中。
在石油化工行业，椭圆形封头常用于储罐、反应釜、换热器等设备中，能够有效承受介质的压力和温度。
在医药和食品行业，椭圆形封头常用于制药设备、食品加工设备等，具有良好的密封性和卫生性能。
综上所述，标准椭圆形封头具有良好的结构特点和制造工艺，被广泛应用于各个领域的压力容器中，为工业生产提供了重要的支撑。
随着工业技术的不断发展，椭圆形封头的制造工艺和应用领域也将不断完善和拓展，为压力容器的安全运行和生产效率的提高提供更加可靠的保障。
椭圆封头压延工艺及常见缺陷分析
椭 圆开 孔长轴 与钢 板压 制方 向垂直
翻 孔缺 陷产 生的原 因及 防止 方法 缺 陷名称 边缘 撕裂 产 生原 因 人 孔开孔偏 小 ； 气割 开孔不光 滑 或有 缺 口 ； 加热 温度太 低 ；
式 中 ：Ｄ － ｚ －坯料 直径 ，ｍｍ； Ｄｏ －封头 内径 ， ｍｍ； － Ｓ 一封头 的板厚 ，ｍｍｌ 一
ｈ－一封头直 边高 度 （ ｉ 其值 可查 标准 ，当 Ｓ 越大 ，ｈ 也越大 ） ｌ ，ｍｍ； ６一 一封 头高度 方 向加 工余量 ，ｍｍ。
（ ６根据板厚 Ｓ取值 ：Ｓ≥ ２ｍｍ 时， ６＝ ， ５ ｓ
封头 是锅炉 、压 力容 器 、化工 机械等 行业 常 用的受压 元件 之一 ，其 制造 质量 的好差 直接 影响到产 品质量 ，它 对产 品 的安全 性起 着重 要
作用 。
封头 的类型 一般有 ：椭 圆封头 、球形封头 、 蝶 形封头 、拱 形封 头 、平 底封 头及 其它 不太规
椭 圆开 孑 方 向不合理 Ｌ
翻边高度不够 中心偏斜 翻边处壁厚 超 差 （ ０ ７） ＜ ．ｔ
开孔尺寸偏大 ； 适 当减小开孔尺寸 坯料与冲头的相对位置不准，造成 ； 局 部翻边 不够 采用准确 定位方法 冲头与上模的相对位置不准， 划线、开孔位置不准 冲头与上模孔间隙不均匀； 翻孔系数 过小 冲头与上模准确定位 ； 提高划线精度 冲头与上模精确定位 ； 适 当加大开 孔
成形过程 中常见缺 陷 （ 鼓包 、褶皱 、撕裂 等 ） 如 原因分析 ，从 而提 出过程控 制重 点 ，有 效的 防
止缺陷 ，提高产 品质量 。
受内压标准椭圆封头中的最大应力
对于受内压标准椭圆封头中的最大应力问题，我个人认为需要充分重视其计算方法和影响因素的研究。只有在深入理解了最大应力的计算原理和影响规律后，才能更好地指导工程实践，并确保椭圆封头在工业生产中的安全可靠性。未来，我希望能够进一步探讨新型材料和设计方法对椭圆封头最大应力的影响，为压力容器的设计与制造提供更为科学的依据。
5.影响因素的深入分析
在上文中我们已提到，受内压标准椭圆封头中的最大应力受到多种因素的影响。现在让我们对这些因素进行更深入的分析。椭圆封头的几何形状对最大应力有着直接的影响。通常情况下，椭圆封头的长短轴比对最大应力的分布和大小都有较大影响，其几何形状的变化会直接影响应力集中的位置和程度。材料的弹性模量和泊松比等力学参数也会对最大应力产生影响。不同材料的力学性能表现差异，因此在设计和选择材料时需要充分考虑这些因素。温度和工作环境等外部条件也会对最大应力产生一定影响。在高温或者腐蚀性环境下，材料的性能会发生变化，从而影响最大应力的大小和分布。安全系数的选择也是影响最大应力的因素之一。不同的安全系数选择会直接影响材料的使用范围和极限条件，从而影响最大应力的大小和分布。综合考虑这些因素，对受内压标准椭圆封头中的最大应力进行更细致的分析和研究，能够更好地指导工程实践，并确保压力容器的安全可靠性。
7.未来展望和研究方向
在未来，我希望压力容器领域的研究能够更加关注椭圆封头中最大应力的问题，并在此基础上不断探索新的研究方向。我们可以进一步深入研究新型材料对最大应力的影响，并借助先进的工程技术为椭圆封头设计与制造提供更科学的依据。结合数字化设计和智能制造技术，可以对椭圆封头的最大应力进行实时监测和预测，从而更好地保障压力容器的安全运行。多学科融合和跨界合作将成为未来研究的重要方向，例如机械工程、材料科学、计算机科学等学科的结合，有望为椭圆封头最大应力问题的研究带来新的突破和进展。未来对椭圆封头最大应力问题的研究充满了希望和挑战。
椭圆封头展开计算方法论述和对比分析
椭圆封头展开计算方法论述和对比分析张卢伟 , 顾守岩 , 陈 莹(辽宁省轻工设计院 , 辽宁 沈阳 110031 )摘 要 : 根据等体积 、等弧长 、等面积法的基本思路 ,分别计算了椭圆封头的展开面积及展开圆直径 ,并根据所得结果进行了对比分析 ,阐述了哪种计算结果最为精确 ,可供制造单位参考使用 。
关 键 词 : 标准椭圆封头 ; 等体积法 ; 等弧长法 ; 等面积法 ; 展开面积 ; 展开圆直径 中图分类号 :TQ 050. 2文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 0935 ( 2009) 11 - 0809 - 031. 1 方法 ( 1 )等体积法所谓等体积法就是零件的外表面围成的体积减去零 件的内表面围成的体积 ,得到的就是零件本身的体积 ,成 型前后体积始终是相等的 。
此法是以封头外壁容积减去 封头内壁容积 ,得到封头本身的体积 ,近而求出封头展开 直径 。
结论公式如下 :封头是压力容器中主要承压零部件 ,其质量对压力容 器的安全运行起着至关重要的作用 。
随着制造行业的发 展和生产实际的需要 ,封头逐步向大型化和材料的多样化 发展 ,这就对大型的贵重金属材料封头的下料准确性提出 了更高的要求 。
精准的下料首先能节省材料成本 ,其次能 减少封头直边的机加工成本 。
2 2 V n =πD i H /6 +πD i h /4;1 计算方法封头及封头展开图见图 1、图 2。
V =π (D + 2 t) 2 ( H + t ) /6 +π (D + 2 t) 2h/4; w i i ΔV = V w - V n ;d = ( 4 (V w - V n ) / t /π) 0. 5 式中 : V n —封头内壁容积 ; V w—封头外壁容积 ; ΔV —封头材料体积 。
以 D i = 3 000 mm ; H = 750 m m ; h = 50 mm; t = 12 mm(标准椭圆封头 )为例进行计算 :图 1 封 头 图 片3 3V n = 3 887 720 909 mm ; V w = 4 007 630 323 mm ; ΔV = 119 909 414 mm 3 ; d = 3 567 mm 。
椭圆形封头的受力分析
Fig. 3 Stress of ellipsoidal end cover under internal pressure at different value of
a b
2 椭圆形封头与碟形封头的受力状态 比较
的球面壳与以半径为 r 的过渡段两部分所组成 , 后 者亦即折边球形封头 。在曲率变化上 , 椭圆形封头 与碟形封头均存在壳体与直边段这一不连续处 , 而
封头均规定有 25 和 40 mm 的直边长度[4] ,有一种认
识 :规定此直边长度的目的在于 ,当封头与筒体对接
时 ,保证对接环焊缝远离边缘应力的影响区 。因而
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技术改造
上) ,再加之两者为同方向连接 ,助燃风机运行时助 燃风并不会沿着冷却风管倒流 ,引起冷却风机的逆 转动 ,故未在冷却风机的出口处设计安装能够自动 关断的电控阀 。
电气线路的安装比较简单 。首先 ,在 PLC 程序 里增加一语句条[1] (见图 3) ,确定冷却风机的启动 条件为 :大 、小烧嘴全部熄灭 (M2415 : 大烧嘴启动 , M2416 :小烧嘴启动) ,形成烧嘴和冷却风机的联动 。 其次 ,加装冷却风机的手动控制线路 ,可以在保持炉 的控制柜上手动控制冷却风机的启停 。分别在助燃 风机和冷却风机的控制回路里接入对方的常闭按 钮 ,形成互锁 ,保证两台风机不在同一时间内处于运 行状态 。
实际上由前述可知封头标准中的椭圆形封头即结束语椭圆形封头的结构特性介于半球形封头与碟形封头之间虽然椭圆形封头与筒体的连接造成边缘应力的问题但对于大多数由塑性材料制作的容器如低碳钢奥氏体不锈钢等而言当受静载荷时对接时最大应力位于封头过渡区的内壁而并非位于壳体的不连续处
分析研究
椭圆形封头的受力分析
封头计算方法
封头介绍及相关计算 椭圆封头又名为椭圆形封头、椭圆封头即为由旋转椭圆球面和圆筒形直段两部分组成的封头。
其作用：1、 管道到头了，不准备现延伸了，就用封头焊到管子上，做为一个末端来使用。
2、 用在压力容器上，上下各有一个封头，中间是一个直管段，做为压力容器的罐子用旋转椭圆球面母线的长、短轴之比为2.0的椭圆形封头，习惯上称为标准椭圆形封头。
椭圆封头的力学性能仅次于半球封头，但优于碟形封头。
由于椭圆封头的深度介于半球形和碟形封头之间，对冲压设备及模具的要求、制造难度亦介于两者之间，即比半球封头容易，比碟形封头困难。
近年来由于采用旋压制造工艺，为制造大直径椭圆形封头带来了方便。
椭圆封头因综合性能较好，被广泛用于中低压容器。
直边段的作用是避免封头和筒体的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。
由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。
根据应力分析，承受内压的标准椭圆形封头在过渡转角区存在着较高的周向压应力，这样内压椭圆形封头虽然满足强度要求，但仍有可能发生周向皱褶而导致局部屈曲失效GB150规定标准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15%，非标准椭圆形封头的有效厚度应不小于0.30%封头厂对于椭圆形封头体积计算举例封头厂，举例如下： abc V π34=椭圆，标准椭圆封头：a=D/2，b=D/2，c=D/4，所以V 标椭封头＝（1/12）×3.14×D^3×1/2+直边体积=（1/24）×3.14×D^3+直边体积，例如DN1000标准椭圆封头，直边高度25，体积0.151立方米。
（封头厂椭圆封头）附。
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标准椭圆封头上大开孔应力分析
摘要：本文通过DN1300标准椭圆封头中心开DN800接管孔的应力分析阐述极限载荷分析、弹性安定性及局部失效评定过程。
关键词：大开孔接管；极限载荷分析；局部失效；安定性；
依据GB/T150.3-2011《压力容器第3部分:设计》标准第6节开孔与开孔补强的规定凸形封头开孔补强仅能使用等面积法，但最大开孔直径小于等于封头内径的二分之一。
若凸形封头上接管开孔直径大于GB/T150.3标准要求时，我们常用过程设备设计计算软件SW6进行估算，其采用的是HG/T20582-2020第4章介绍的开孔补强的压力面积法，但在我国国内多数业主及工程设计院认为此方法不是合法的开孔补强计算方法，仅可以为下一步有限元应力分析提供基础数据做准备。
在机械载荷作用下，封头上大接管开孔附近的弯曲应力既包含有静力平衡引的一次应力成分，又含有因结构不连续产生的二次应力成分。
有限元软件Ansys workbench仅能在弹性应力分析线性化处理后给出薄膜加弯曲应力的总量，不能进一步细分这两种应力。
目前压力容器设计行业中对此存在争论，如对封头大开孔处的局部弯曲应力和薄膜应力的总量，按一次应力采用1.5倍的许用应力强度控制，还是按含二次应力采用3倍的许用应力强度控制呢？【1】。
ASME Ⅷ-2标准5.2.3介绍的极限载荷法分析法就能很好的解决此问题，国内JB 4732-
1995(2005年确认版)《钢制压力容器-分析设计标准》第5.4.2.1条也有此分析方法。
本文的例子：仅内压载荷作用下封头大开孔接管，按照ASME Ⅷ -2标准中载荷与抗力系数（LRFD）设计方法，标准表5.4规定进行极限载荷分析，按弹性应力分析方法进行局部失效、开孔处结构安定性分析。
一、设计参数
以DN1300标准椭圆封头中心开DN800接管孔为计算对象，具体设计参数见
表1，结构尺寸图见图1。
表1图1 结构尺寸图
根据ASME Ⅷ -2标准5.2.3条极限载荷分析法材料模型是弹性-全塑性材料，应变硬化无。
相对弹性应力分析，极限载荷分析要选择材料的强化模型：以1.5
倍的许用应力强度作为屈服强度283.5MPa、切向模量为0MPa。
二、结构分析及力学模型
根据该部件的结构特性和承载特性，为了减少部分计算量，可采用轴对称的
力学模型进行分析，具体的位移边界条件、载荷边界条件如下，见图3:位移边界
条件:筒体下端截断面: △Y=0 (总体笛卡尔坐标系)。
载荷边界条件:部件的内表面受到1.5*1.3=1.95MPa（按照ASM E Ⅷ -2表
5.4的总体准则）压力载荷及DN800接管上端部由压力作用下的等效载荷均按同
一比例加载，满足比例加载条件。
为了能减短部分分析时间，参考文献【2】第5.1.2节讲解的关于载荷步设
置说明，本例子设置两个载荷步。
根据材料的线弹性性质，算出第一个载荷步施
加0.3MPa，关闭子步数；第二个载荷步施加1.95MPa，此阶段需要尽量缩短载荷子步时长，合理设置初始子步数、最大、最小子步数，达到事半功倍的效果。
如果子步数设置不合理会出现分析时间加长、难以收敛及数字发散等问题。
根据极限载荷分析假设条件其中一条变形足够小，变形前后使用同一个平衡方程，说明需要关闭大变形功能。
图3 载荷及边界条件图4 非线性力收敛图
图5 极限载荷分析等效应力
分布云图 图6 S1+S2+S3
三、极限载荷分析结果
依据图4可知道仅受压力作用下的接管、封头和筒体部件是可以收敛的。
看ASME Ⅷ -2规范标准中第5.2.3.4条得知该封头大开孔在压力作用下能够保持稳定，满足要求。
依据图5可知道接管与封头连接部位的等效应力已接近屈服强度283.5MPa 。
四、局部失效分析结果
根据 ASME Ⅷ -2 中第 5.3.2节防止局部失效采用以弹性应力分析方法得到部件三向主应力之和不大于4S 来约束，即：S1+S2+S3≤4S 。
弹性应力分析力学模型位移边界条件:筒体下端截断面: △Y=0 (总体笛卡尔坐标系)；载荷边界条件:部件内表面受到设计压力P=1.3MPa 压力载荷及DN800接管上端部由设计压力作用下的等效压力21.238MPa 。
经过弹性应力分析可得到三向主应力之和，见图6:S1+S2+S3=701.23MPa ＜4S=756MPa ，局部失效评定合格。
五、安定性评定结果
运用极限载荷分析载荷与抗力系数（LRFD ）设计方法得收敛说明部件中的塑性变形是局部的、可控的,满足载荷作用下的静力平衡条件，但部件的安定性还需进一步校核【3】，即：PL+Pb+Q=Siv≤3S。
以设计压力作为弹性应力分析得到结果偏保守，通过最大应力点作路径1-1进行等效应力线性化处理，如图7。
从图8得出路径1-1接管与封头连接处外表面局部薄膜应力和弯曲应力的总量最大，即：Siv=314.36MPa≤3S=547MPa，安定性评定合格。
图7 弹性应力分析等效应力
分布云图 图8 路径1-1线性化
六、结论
使用过程设备设计计算软件SW6 -2011 V5.0进行此封头大开孔接管的开孔补强计算时，提示计算方法均不适用，无法计算，如要满足压力面积法需要加厚接管厚度，此方法不被接受并加厚接管不经济。
此时运用Ansys workbench
平台对封头大开孔接管进行有限元弹性应力分析、塑性应力分析，经过极限载荷评定、
局部失效评定及安定性评定解决了封头大开孔无法开孔补强计算的问题，并能节约一定的材料成本，得到了业主的认可。
参考文献
[1] 余伟炜,高炳军.ANSYS在机械与化工装备中的应用[M]，北京：中国水利水电出版社,2007.
[2] 戚国胜,段瑞.压力容器工程师设计指南[M]，北京：中国石化出版社，2013.
[3]王小敏,闫东升,夏少青等.极限载荷法在应力分析中的应用——压力容器应力分析设计中的六个重要问题(四)[J]，石油化工设备技术,2016,37(5):1~5.。