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摘要：

壓力容器指的是承裝液體或者氣體，形成一個封閉空間的設備。將壓力容器切向，能夠得到很多不同的位置的應力大小，能夠和其他的容器接管部分的應力相互比較。當進行壓力容器切向開孔的過程中，接管區會產生十分大量的應力，并且當管與筒體的距離越大，應力會越小，按照這樣的規律，應力最大的部分應該是接管與筒體相互連接的位置，也是危險區域之一，與壓力內的切向開孔接管的應力情況比較復雜。本文根據壓力容器的性質，研究壓力容器切開孔接管區的應力情況。

關鍵詞：

壓力容器；切向；開孔接管區；應力

壓力容器在我國的生產工業中得到了廣泛的使用，由于工業使用的需要，會對壓力容器進行開孔接管工作，現階段大多數的接管使用的都是正交開孔的方式或者是斜接管的方式進行接管工作。但是在接管工作的過程中，很可能會產生應力，嚴重的影響到了壓力容器的使用，直接的導致壓力容器的承載能力出現了變化，導致容器出現了一定的危險性，還可能會破壞設備容器的使用。所以，這就要求我們在進行壓力容器接管的過程中，要對接管區的應力進行研究，能夠提升設備的安全性。

1使用有限元模型的方式對壓力容器的應力進行實驗

1.1幾何模型的設計使用幾何模型進行實驗的壓力容器的設計，并對壓力容器進行切開孔接管工作，設計壓力容器的筒體內徑達到兩米，壁厚約為0.008m，接管的尺寸為：ø325mm*8mm。要按照對稱性的要求對壓力容器進行切向，可以取半米左右的壓力管，按照軸向取二分之一左右，接管的長度約為一米。使用這樣的規格對集合圖形進行構建，并對壓力容器各個位置的數據進行記錄，達到了應力實驗的標準[1]。

1.2實驗材料的選擇壓力容器的材料可以選擇普通碳素結構鋼，也叫作A3板，這種材質的壓力容器比較符合接管應力測試的要求。接管的材料可以選擇20鋼的材料進行實驗。在實驗的過程中，實驗設計容器內的壓力約為0.18MPa，可以設置壓力容器內的溫度約為115°C。在這些材料的選擇中，可以得到壓力容器的力學參數約為材料在進行切管的過程中，會受到單向受拉或受壓的情況，此時，橫向正應變與軸向正應變的絕對值之間的比值應該為μ0.3，其中壓力容器的筒體材料產生的彈性模量E，大致為1.9*105MPa，設計的應力的大小應該為SM，約為130MPa[2]。

1.3壓力容器的邊界條件針對壓力容器的切向開孔接管的工作，設置壓力容器的位移邊界的條件Z能夠達到0，壓力容器筒體中間部分的對稱面Y也能夠達到0，壓力容器筒體左下部分的X的數值也是0。壓力容器筒體的載荷邊界條件能夠達到內壓力為0.18MPa。通過計算我們能夠得到整個接管部分的應力值和壓力值，在壓力容器筒體的下部分，需要承受的應力就能夠達到15.78MPa，而壓力容器管內的右下部分的應力將達到2.4319MPa。整個壓力容器管內都會均勻的受到相同的應力和拉力，而在壓力容器接管部分的壓力最大。

1.4使用網格劃分的方式在進行壓力容器切開孔應力研究的過程中，先要使用先進的軟件技術進行網格劃分的方式，設計一個三維立體的四面體的結構，并按照網格的形式對其進行劃分，能夠提供10節左右的網格，并使用壓力容器將其進行開孔進行接管。一般情況下，壓力容器的網格劃分工作結束后，能夠達到的節點數為270142左右，整個網格內的單元數能夠達到143001左右。

2針對有限元模型的計算結果進行分析

2.1壓力容器應力的分布情況以及最大值一般情況下，在對壓力容器進行切向開孔的過程中，會產生大量的第一主應力，在壓力容器的開孔接管位置，應力值暫時不會發生應力變化，此時的壓力容器上的應力為薄膜應力。但是在壓力容器開孔位置的周圍部分，壓力容器的應力開始出現變化，成梯形狀態應力逐漸的上漲，并且開始出現集中應力的現象。受到了外載荷的影響，壓力容器切開的位置再最初的使用變形量約為0.00399m，這時壓力容器切向開孔位置的應力最大值能夠達到215MPa左右。而在壓力容器接管的位置，與壓力容器管內的相互連接的部分，應力的最大值也會達到213MPa左右，在這個部分的應力值與最大值相似。而按照應力強度的分布情況，壓力容器的切向開孔接管的部分應力最大的強度能夠達到163MPa左右，此時的最大值與正交開孔的需要強度還有很大的差距[3]。

2.2壓力容器應力集中的系數大小按照物理應力集中情況，壓力容器的應力集中的系數應該為此時位置最大的正應力/壓力容器筒體的薄膜應力大小，能夠得到應力集中的系數的大小。壓力容器在進行切向開孔工作的過程中，管內壁會產生一些應急的集中系數，并按照應力結構的分布情況。一般情況下，應力的最大值能夠達到6.8左右，但是這部分的應力越大，梯度應力值也就越大。在使用正交的方式進行接管時，開孔部分的應力系數會變小，最大的應力系數值僅能夠達到5左右。經過對比我們發現使用切向開孔的方式，進行接管工作，會產生比較大的應力。這是在壓力容器的開孔過程中，接管的位置就是此時壓力容器最危險的部分，需要對這部分的應力進行壓力評定的工作，能夠了解此時應力的大小，以及其他部分的應力值為多少[4]。

3對壓力容器的應力強度進行評定

按照鋼制壓力容器的使用標準，結合設計的要求，能夠對各個部分的應力進行計算，并按照應力產生的原因，應力自身的性質與應力的大小有什么樣的影響等等，能夠按照應力強度分布的不同，將應力分為一次應力、峰值應力、以及二次應力，并且不同的應力會對壓力容器產生不同的影響，也會產生一定的限制因素。一般情況下，需要考慮到應力分布的基本情況，并按照不同應力可能會產生的影響進行危險區域的劃分[5]。在進行接管工作的過程中，最初的接口部分是最危險的部分，應力值會達到最大值。但是當階段與壓力容器接管處位于筒體部分時，這時的應力也會出現最大值，這就需要對兩種接管的方式進行比較。比較的結果為，當管內的接口處，能夠達到的最大危險處的應力值為145左右，且隨著接口的面積越大，應力值也會越大，也就會越危險。而在筒體部分時的接口，也是如此。得出實驗結果，在壓力容器切向開孔的接管位置，會產生很大的應力，一般情況下，應力的系數能夠達到6.8左右，且距離越遠，應力系數也就越小。由于壓力容器切向開孔的接管產生的應力比較大，為了保證接管工作的安全性，盡可能的使用正交接管的方式進行連接，能夠有效地保證接管的強度達到標準，能夠滿足接管工作的安全要求[6]。

4結語

總之，為了保證壓力容器能夠正常的使用，并能夠達到安全使用的標準，這就要求在進行壓力容器的切向開孔接管的工作中，要能夠對其應力的大小進行了解，能夠有效的保證壓力容器的應力值不會破壞壓力容器的使用。使用有限元模型的方式，對壓力容器的應力進行實驗，能夠得到有效地結果，并按照實際壓力容器的應力，對壓力容器應力的強度進行評價，能夠有效地掌握壓力容器在進行切向開孔接管的過程中，壓力容器的大小是多少，并對壓力容器切管的方式進行安全性的測試。

參考文獻

[1]王定標,魏新利,向颯,等.壓力容器與切向接管結構應力三維有限元分析及強度評定[J].湖南工程學院學報(自然科學版),2005(4):29-33.

[2]桑芝富,李磊,錢維聯.接管彎矩作用下壓力容器開孔──接管區局部應力的試驗研究[J].石油化工設備,1996(1):12-17.

[3]桑芝富,李磊,錢惠林.接管軸向推力作用下壓力容器開孔-接管處局部應力的研究[J].南京化工大學學報(自然科學版),1995(2):4-10.

[4]張衛義.內壓圓柱形壓力容器大開孔率開孔補強結構及其應力集中系數規律的研究[D].北京化工大學,2000.

[5]杜四宏,張妍,劉海洪,等.壓力容器開孔接管區的有限元分析[J].石油和化工設備,2010(4):25-27.

[6]陳士誠,周昌玉,潘林鋒.基于Kriging方法的壓力容器開孔接管區結構強度可靠性分析[J].石油化工設備,2010(6):27-30.

作者：劉雨琳 單位：中國昆侖工程公司