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1常規(guī)的開孔方法

1.1等面積法

1.1.1適用范圍這種方法適合壓力下的殼體與平封頭上的圓型及橢圓形等形狀開孔。當(dāng)在殼體上開孔時(shí)（橢圓形或長(zhǎng)圓形），孔長(zhǎng)徑比上短徑數(shù)值應(yīng)在一定數(shù)值范圍內(nèi)（≤2.0）。（1）圓筒內(nèi)徑Di≤1500mm時(shí)，開孔最大直徑dop≤Di/2，dop≤520mm；圓筒內(nèi)徑Di≥1500mm時(shí)，開孔最大直徑。

1.1.2開孔補(bǔ)強(qiáng)的面積計(jì)算等面積設(shè)計(jì)法的基本公式A4≥A-Ae。其中A1、A2分別為在補(bǔ)強(qiáng)有效范圍內(nèi)殼體、接管除承受壓力所需厚度之外的多余截面積；A3焊縫金屬截面積，A4有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)另加的補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2。

1.2分析法分析法指依據(jù)彈性薄殼理論得出的一種應(yīng)力方法。它主要被用在內(nèi)壓作用下的開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中，其中d≤0.09D，max[0.5，d/D]≤δet/δt≤2d為接管中面直徑（單位mm）。D為圓筒中面直徑（單位mm）。

2大開孔補(bǔ)強(qiáng)方法

2.1壓力面積法這種方法是德國壓力容器規(guī)范中使用的一種補(bǔ)強(qiáng)方法，開孔率為0.8。壓力面積法經(jīng)常被應(yīng)用于工程中，對(duì)超出等面積法適用范圍的開孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。壓力面積法通式如下。采用壓力面積法，應(yīng)該注意以下幾個(gè)問題：（1）接管與殼體應(yīng)全焊透，為了避免接管與殼體連接壁尖角過度，應(yīng)該采用圓角過度；（2）接管、殼體等材料曲強(qiáng)比需要滿足δs/δb≤0.67。此外，還應(yīng)該避免標(biāo)準(zhǔn)常溫抗拉強(qiáng)度過大（δb＞540MPa）的材料，（3）需要對(duì)接管、殼體間焊縫進(jìn)行無損檢測(cè)；（4）該方法對(duì)介質(zhì)對(duì)應(yīng)力敏感的場(chǎng)合不適用；（5）該方法需要避免產(chǎn)生蠕變或脈動(dòng)載荷的場(chǎng)合。

2.2極限壓力法該方法以塑性失效為準(zhǔn)則。該方法認(rèn)為：結(jié)構(gòu)的初始屈從，不能說明承載能力已經(jīng)喪失。但是當(dāng)容器特定區(qū)域截面進(jìn)入塑性狀態(tài)（甚至是塑性流動(dòng)）時(shí)，視其失效，對(duì)應(yīng)載荷稱為極限載荷。因?yàn)樵撛瓌t對(duì)開孔周圍應(yīng)力區(qū)有很大的應(yīng)力許用值，所以常常被用在壓力容器的大開孔補(bǔ)強(qiáng)當(dāng)中。通過塑性理論分析和實(shí)驗(yàn)等方法能夠得到極限荷載。具體方法是：首先，畫出載荷—應(yīng)變曲線；其次，依兩倍彈性斜率法或者1%塑性應(yīng)變載荷法等方法測(cè)出相貫線應(yīng)力區(qū)的極限載荷。此外，對(duì)柱殼開孔結(jié)構(gòu)以及極限載荷上限經(jīng)驗(yàn)，得出計(jì)算公式為Pl=gPs。

2.3有限元法20世紀(jì)70年代開始，壓力容器和對(duì)應(yīng)的軟件技術(shù)行業(yè)迅速發(fā)展。在這個(gè)發(fā)展過程中，三維有限元法得到了廣泛應(yīng)用。三維有限元的計(jì)算和單元形式以及網(wǎng)格劃分方法緊密相聯(lián)，選用不正確可能會(huì)造成計(jì)算結(jié)果誤差。此外，還需要對(duì)三維有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分類，特定種類的應(yīng)力對(duì)應(yīng)特定的許用值。

3結(jié)語

壓力容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)如果開孔率符合GB150中的適用范圍通常采用等面積法，超過規(guī)范范圍的則采用壓力面積法、極限壓力法、有限元法。其中壓力面積法和等面積法在強(qiáng)度計(jì)算理論上是完全相同的，只是在對(duì)殼體補(bǔ)強(qiáng)有效范圍的規(guī)定上，二者各取兩個(gè)影響因素的一個(gè)，從而導(dǎo)致在開孔相對(duì)尺寸di/Di值不同時(shí)各偏于“偏冒進(jìn)”或“偏保守”的現(xiàn)象。極限法和等面積法類似，是一種建立在靜力強(qiáng)度上的補(bǔ)強(qiáng)方法。但是等面積法的計(jì)算模型基礎(chǔ)是受拉伸開孔大平板，而且其計(jì)算靠整個(gè)殼體截面的平均應(yīng)力進(jìn)行；極限壓力法的基礎(chǔ)是殼體模型，并且依極限載荷來完成計(jì)算。大開孔率過大的補(bǔ)強(qiáng)問題，還沒有完整的設(shè)計(jì)規(guī)范，因此在重要的情況下，需要采取保守做法。比如選用安全系數(shù)高的設(shè)計(jì)、制造過程采用全焊透結(jié)構(gòu)、進(jìn)行無損檢測(cè)以及進(jìn)行熱處理等方法。同時(shí)，考慮到各種補(bǔ)強(qiáng)方法的適用范圍，最好將計(jì)算的應(yīng)力值和現(xiàn)有可靠試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，或者采用其他補(bǔ)強(qiáng)方法進(jìn)行校對(duì)。

作者：馬軍偉 單位：西安石油大學(xué)