开孔与开孔补强解读

2）整体补强:增加壳体厚度或用全焊透的结构 形式将厚壁管或整体补强锻件与壳体相焊。 符合下列条件之一应考虑采用整体补强： a. 容器设计压力p≥4MPa； b. 容器设计温度大于350°C； c. 承装极度、高度危害介质的压力容器（介质 毒性HG20660）； d. 疲劳压力容器； e. 补强圈结构不能满足要求的补强。
2.2分析法适用的范围
2.3不另行补强的最大开孔直径
3.等面积补强 3.1等面积补强概念： 补强是保障开孔局部截面的拉伸静力强 度，属于拉伸强度补偿。为保障内压壳体开 孔局部截面的拉伸强度，从补偿角度讲：壳 体由于开孔丧失的拉伸承载截面积应在孔边 有效补强范围内等面积地进行补偿，俗称等 面积补强。
压力容器开孔以后，可引起三种应力： a.局部薄膜应力 压力容器壳体一般承受均匀的薄膜应力， 即一次总体薄膜应力。壳体开孔以后，使壳 体上开孔所在截面的承载面积减少，使该截 面的平均应力增大。开孔边缘的应力分布的 特点是应力分布不均匀。在离开孔较远处， 应力几乎没有变化，而增大的应力则集中分 布在开孔边缘。由此引起很大的薄膜应力， 即所谓的局部薄膜应力。
3.4多个开孔的等面积法
当任意两个相邻开孔的中心距小于两孔 直径之和，而使其补强范围彼此重叠时，在 通过两孔中心点连线的壳体法截面内采用联 合补强。
4.圆筒径向接管开孔补强设计的分析法 适用范围
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开孔与开孔补强
GB150.3-2011第6节
1.概述 2.补强计算适用范围 3.等面积补强 4.圆筒径向接管开孔补强设计的分析法
1.概述 为满足工艺操作、容器制造、安装、检 验和维修等的要求，在压力容器上开孔是不 可避免的。容器开孔以后，不仅整体强度受 到削弱，而且还因开孔引起的应力集中造成 开孔边缘局部的高应力。因此压力容器设计 中必须充分考虑开孔的补强问题。
A 0.5dop p
开孔率（开孔直径与平盖直径之比）大于0.5的 平盖，受力与法兰相近，故其开孔补强按法兰或反 向法兰计算。
有效补强范围：
两个方向的补强范围 （1）沿壳体经线方向的补强范围： B 2dop 是依据受均匀拉伸作用的开小孔大平板，孔 边局部应力集中的衰减范围确定的。 （2）沿接管轴线方向的补强范围：h d op nt 是依据圆柱壳在端部均布载荷作用时，柱壳 中局部环向薄膜应力的衰减范围确定的。
c.峰值应力 在壳体开孔边缘与接管的连接处还会产 生一种由于应力集中现象造成的分布范围很 小，而数值很高沿壁厚非线性分布的应力， 称为峰值应力。
容器在压力载荷下产生的一次总体薄膜 应力是最基本的应力，是为平衡压力载荷所 产生的。这种应力如果超过材料的许用应力 达到材料的屈服点，则容器将产生很大的变 形（径向膨胀），这种破坏是在一次加载条 件下就发生的，称为静力强度失效。 由于相贯壳体变形协调产生的边界内力 引起的局部弯曲应力自限性，不会使容器在 一次加载条件下发生破坏。但它可能在多次 加载条件下，即多次加压卸压的加载方式下， 造成开孔附近的局部破坏。即发生所谓的失 去安定性的塑性疲劳破坏。
等面积补强法对开孔边缘的二次应力的 安定性问题是通过限制开孔形状、长短径之 比和开孔范围（开孔率）间接加以考虑的， 使孔边的局部应力得到一定的控制。 等面积补强法对开孔边缘的峰值应力问 题未加考虑，为此不适用于疲劳容器的开孔 补强。
2. GB150.3-2011中开孔补强的计算包括等面 积法和分析法。 2.1适用范围：
受内压壳体开孔所需补强面积公式：
A dop 2 et (1 f r )
开孔直径及强度削弱系数：
受外压壳体开孔所需补强面积公式：
A 0.5[dop 2 et (1 f r )]
式中δ为壳体外压计算有效厚度，其余同 内压工况。
平盖开孔补强 平盖无论在内压或外压作用下，板中产生的始 终是弯曲应力，为此只存在弯曲强度问题，不存在 稳定问题。故平盖不仅内压厚度计算与外压厚度计 算方法相同，而且开孔补强计算的方法也是一致的， 在开孔率较大时，其开孔补强按法兰。 平盖开单个，且开孔直径 dop 0.5Do（Do取平 盖计算直径，对非圆形平盖取短轴长度）时，所需 最小补强面积按式
3.2单个开孔补强的等面积法适用范围：
3.3补强的结构形式 1）补强圈补强
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接管壁厚选用，特别是小接管的壁厚选 用常出现不合理的现象。 对于要求接管与壳体的焊接接头采用全 焊透的结构时，接管壁厚应取≥1/2壳体壁厚 或取接管壁厚≥6mm两者的较小值。 对于坡口熔敷金属量大的焊接接头，当 壳体壁厚大于16mm时接管壁厚应大于8mm； 当壳体壁厚较大（壁厚≥ 20mm）时，接管与 壳体的连接焊缝宜采用双面坡口。 对于低温压力容器，与壳体相焊的接管 壁厚应不小于5mm，其中DN≤50的短接管宜 采用锻造的厚壁管或异径管。
b.弯曲应力 容器开孔以后，一般总需设置接管或人 孔等，即有另一个壳体与之相贯，相贯的两 个壳体在压力载荷作用下，各自产生的径向 膨胀（直径增大）通常是一致的。为使两部 件在连接点上变形相协调，则必然产生一组 自平衡的边界内力。这些边界内力在壳体的 开口边缘及接管端部主要引起局部的弯曲应 力，属于二次应力。