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第十二章 压力容器开孔与接管
一. 重点 1. 壳体开孔的压力特点 2. 开孔接管的应力集中系数的定义 3. 开孔补强的目的 4. 开孔补强的结构及方法 5. 等面积补强的原则 6. 等面积补强计算面积有哪些?
二. 壳体上开孔的原因
三. 壳体上开孔后产生的问题 1. 开孔后,造成壳壁不连续,在孔边缘产生应力集中 2. 接管后,壳体与管的结构不连续,产生的附加弯应力 3. 壳体接管的拐角处,由于 r 引起的局部应力.
§12.2 开孔接管处应力集中系数的计算
一.开孔接管时的应力集中 1.壳体上开孔与平板开小孔有以下差别: (1)开孔不是小孔. 如:人手孔 .故开小孔的假设不成立其理论不能运用. (2) 容器壳体是曲面,与平板不同. 因为在开孔处由于曲面的影响,壳体存在弯曲应力 (3)容器开孔接管后,接管对开孔边缘有约束作用.而平板开小孔理论,没有考虑接管约束问题,所
(1)长轴平行于受拉方向时:
①孔口处 r=a 时的应力解(12-8)
由于其应力表达式较复杂,仅给出最重要的孔口应力表达式,即
r
r 0 (12 8)
②特点:孔口处的 分布规律:
2
当 0、时，在长轴两端 min q1
当
2
时，在短轴的两端
max
q1 (1
2b ) a
r
q1
a2 r2
q1
a2 r2
r 0
3.
孔边缘处的应力特点:①当
r=a
时,孔边缘应力 rr
0 0
2q max
②孔边缘应力 =孔区域薄膜应力 q 的 2 倍.
四. 圆筒壳开小孔 1.分析对象: k 较大,
/ D 较小, q1 2q2 ( 2 )
2.应力解:
利用 q1 2q2 代入(12-4)可知(12-6)
结果:使孔附近的应力比薄膜应力大 5-6 倍,产生疲劳破坏和脆裂
12.1 容器壳体开孔时的应力分析
______2__4_1______3___2_1_“_”__________________4__2__40__12_“_”0__12__03__“2_•_”042_“_0•__”83__“0_”_0_7_1__3—2__0__—1__45__80_1_42__84__42“__”56_l“_”4_0_“3”_0_5_0_28“_”01“_”07_“9”0_“0”2“2”•30”“0”“”093124820302130
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以对 开孔接管问题,必须寻求新的分析方法. 2.接管区的应力分析 (1)利用”力法”可求出该区域的应力分布情况和应力值 “力法”:根据平衡,几何和物理方程 (2)根据理论计算和实际结果,查接管区的应力分布图 12-7
二开孔接管处的应力集中系数计算
1. 应力集中系数 K 的概念: (1)作用: 求接管处的最大应力峰值 max
3.孔边缘处的应力特点:
(1)当
r=a
时
rr
0 0
q2 (3 2 cos 2 )
(2)
在孔边缘
r=a
处的分布规律:
当 当
0、时， min q2
2
时，
max
q2
说明: max 比孔口区域筒壳中
大
2.5
倍.( q2
1 2 q1
1 2
)
五. 平板开椭圆孔的应力分析
1.单方向受拉伸时的应力分析
(2)应力集中系数曲线: ①曲线形成: 由理论与实践综合绘出
②适用条件: 不能用指数法时采用
3
(2)定义: K 设备实际最大应力 壳体基本薄膜应力
如:
max
K
球壳：
max
筒壳： max
K K
pDi 4 n
pDi 4 n
2. K 的确定方法
(1)应力指数法 ①K 的大小: 查表 12-1
②:适用条件 P235 (1)-(4) 注:径向接管:接管轴线与壳体半径同一方向
非径向接管:轴线与壳体半径不同方向
当 0、时，平行于q方向的 q
当
2
时，垂直于q方向的
3q
③r>a 时 随 r 的增大而迅速减小.由(12-1)式可知.
2. 双向拉伸时的应力分析:
二.薄球壳开小孔的应力分析
1
球半径R较大
1.分析对象: q1D较q2小 q
在开孔区域的壳近似板
2.孔区附近的应力解
利用 q1 q2 q 代入(12-4)可知(12-5),即
(2)长轴 a 垂直于受拉方向时
①孔口处的应力解(12-9)
②孔口处的 分布规律
当
0、时，在长轴两端：
max
q2 (1
2a b
)
:
当
2
时，在短轴两端：
min
q2
2.双向受拉伸时的应力分析
q2 2q1
(1)孔口处的应力解:由(12-8)与 (12-9)叠加即知(12-10)
(2)孔口边缘处的 分布规律(特点)
一.平板开小圆孔的应力分析
分析条件: 板长,宽>>孔径 2a
载荷 q//作用于板上
1. 单向拉伸时的应力分析
(1) 孔区附近的应力解
(12-1)式
利用弹性力学理论解知
(2)
孔边缘处的应力特点: ①r=a 时
孔边缘处的应力 rr
0 0
q(1 2 cos 2 )
②r=a 时 孔边缘处的周向应力分布特点:
由(12-10)可知: 在长轴的两端
max
q2 (1
2a bห้องสมุดไป่ตู้
)
q1
(0.5
2a b )q2
在短轴的两端
min
q1 (1
2b ) a
q2
说明:开椭圆孔时,最大应力在孔边缘 0、 处(在长轴两端)
______2__4_1______3___2_1_“_”__________________4__2__40__12_“_”0__12__03__“2_•_”042_“_0•__”83__“0_”_0_7_1__3—2__0__—1__45__80_1_42__84__42“__”56_l“_”4_0_“3”_0_5_0_28“_”01“_”07_“9”0_“0”2“2”•30”“0”“”093124820302130