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幵孔补强计算中标准椭圆封头计算厚度的选取

幵孔补强计算中标准椭圆封头计算厚度的选取

        在压力容器设计中，为满足工艺操作，容器制造、安装、检验及维修等要求,开孔是不可避免的。由于容器开孔以后，不仅削弱了容器的整体强度，而且还因开孔引起的应力集中以及接管和容器壁的连接造成开孔边缘的局部高应力，再加上接管有时还会受到各种外加载荷的作用而产生的应力以及温差产生的热应力，使得开孔处的局部应力进一步提高，因此，压力容器设计中必须充分考虑开孔的补强问题。

        等面积补强法是我国GB150JB4732标准中广泛采用的开孔补强计算方法，它是基于壳体开孔前后局部“截面”的抗拉承载能力——即拉伸强度不变的原则，当补强材料与开孔壳体材料一致时,则所需补强面积就是壳体因开孔而丧失的原先用以承载的面积。因开孔产生的应力值随着离开孔边缘距离的加大而衰减，因此补强材料应设置在开孔附近的高应力区域，即有效补强范围内，所以，在补强计算中，正确选取需要的补强面积及补强范围参数,显得尤为重要。

        按GB150.1~4-2011，内压容器椭圆封头开孔所需补强面积按如下公式计算：

                                      A=dopS+288et(l-fr)

        其中S为椭圆封头的计算厚度，此处应注意并不是直接代人标准椭圆封头的计算厚度公式就可以的，要依据开孔的位置而定：若开孔位于椭圆形封头中心80%直接范围内则按式（1)计算，否则按标准椭圆封头的计算厚度公式(2)计算

                                      5=PoK1Di/(2[(T],a)-0.5Pc)(1)hPcDi/^tr]吻-0.5P。)(2)

        式(1)中K,相当于当量球壳系数，取决于椭圆长短轴的比例，对于标准椭圆封头，K,取0.9。显然，80%封头内径范围内，内压椭圆封头计算厚度与其补强计算时所得计算厚度是不同的,前者使椭圆封头所需补强面积增加了10%，这在开孔直接较大，需要整体补强时,问题显得尤为突出。。

        椭圆封头的厚度是根据其应力部位的应力计算出来的，前面已经提到，标准椭圆封头的应力部位在过渡区或底边，由薄膜应力加弯曲应力构成,而封头中心的“球面”部分，弯曲应力很小，基本上均为薄膜应力。为此，在球面部分开孔，进行补强计算时，其开孔削弱的面积计算中，封头的计算厚度可取该部分的当量球壳计算厚度(此计算厚度小于椭圆封头的计算厚度）。以此可以减小所需补强面积[5]。椭圆封头中心球面部分的当量球壳内半径的当量球壳系数为0.9,当量球壳厚度按照(1)计算。只有当开孔位于过渡区时，开孔削弱的补强面积计算中，才按椭圆封头的计算厚度公式(2)计算。

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