12开孔补强与设备凸缘.pptx

;一.容器开孔附近的应力集中; 小圆孔距板边较远,半径为a。根据弹性力学理论推导出距孔心为ρ的点K的径向应力σr,切向应力σθ和剪应力τrθ:;在小孔边缘,即ρ=a时: ; 由公式可以看出,ρ增大, σr, 会逐渐增大,但不会超过q,而σθ则随ρ值增加而迅速衰减,如图:; 综上所述，受单向拉力q的矩形平板，因开孔引起的最大拉应力出现在孔边，作用在过孔心并与q力垂直的截面上。最大压应力也出现在孔边，作用在过孔心与q力平行的截面上。 ; 若平板受双向压力，则可用单向受压平板的上述结论分别计算q1和q2单独作用时的应力值，然后进行叠加。如：当q1q2时,可计算出最大切向应力在 孔的边缘处，其值为：;;在直径较大的薄壁圆筒上开小圆孔，此时q1=2q2;于距孔边稍远处的应力，这种现象称孔边应力集中。 孔边应力集中是局部现象，在几倍孔径以外，应力分布情况及数值大小都几乎与无孔时相同。一般讲，应力集中的程度越高，集中现象越是局部性的。; 短轴与受力方向平行时,长轴两端切向应力最大,其值为:; 当椭圆长轴与较大外力q1方向垂直时,最大应力出现在长轴两端,其值为:; 若忽略壳体曲率的影响,则开小孔的球壳可近似看成开小孔受双向拉伸的平板,且 (σ是球壳中的薄膜应力). ;;; 可见无论是球壳还是圆柱壳，如果接管的方向不垂直于壳体，将使孔边应力集中系数增大。; 为方便使用，通常把各种不同尺寸的开孔接管附近的应力峰值，根据理论计算或通过实验实测出来，然后以应力集中系数的形式绘成曲线（旧教材图12-12，12-13）。曲线的横坐标ρ称为开孔系数;上述曲线对开孔大小的限制范围是: 对壳体壁厚的限制范围是:;（一）、补强结构 常用的局部补强形式有三种：补强圈补强，加强管补强，整锻件补强。见下图:;;⒈补强圈补强：;; 规定：补强金属在通过开孔中心线的纵截面上的正投影面积As,必须等于或大于壳体由于开孔而在这个纵截面上所削弱的正投影面积A。 等面积补强所适用的孔径是有限制的,可查有关规定。 ;图.补强范围; 首先确定补强区的有效范围: 有效宽度:取B=2d和B=d+2δn+2δnt两者中较大值. d为开孔直径,d=di+2Ct,Ct为接管壁厚附加量,Ct=Ct1+Ct2 有效高度:①外侧高度 h1=接管实际外伸高度 ②内侧高度 h2=接管实际内伸高度 ;实际开孔直径:;b.平板封头上开孔时: A=0.5d?δ0 式中:; A1-壳体或封头承受内(外)压所需厚度δ0及壁厚附加量C两者之外的多余金属截面: A1=(B-d)(δe-δ0);（3）判定是否需另加补强截面(贴焊补强圈): 若A1+A2+A3≥A,则开孔不需补强。 若A1+A2+A3A,则需另加补强圈,其面积: As=A-(A1+A2+A3) As为补强圈应提供的最小补强截面。若补强圈内径为d1,外径为d2,则补强圈所需最小厚度为:;例1: 某厂有一设备,内直径Di=2400mm,封头为标准椭圆形封头,壁厚δn=20mm,封头中央有一ф273ⅹ8的平齐接管,开孔不过封头焊缝,已知设计压力p=2MPa,设计温度t=100oC,设备材料为16MnR,接管为Q235-A,封头壁厚附加量C=4mm,管子附加量Ct=2mm,试做开孔补强设计,并验算孔边应力。;⒈强度计算壁厚: 按表11-2;⑵补强范围:;⑸补强圈厚度及其外径: 参照表12-1,对ф273的管子选择补强圈外径D0=480mm，内径d=277mm，故补强圈厚度为:;计算时比较有效补强区内的两种厚度，δS和[δs]。;当补强管的许用应力[σ]T＜壳体材料的许用应力[σ]时， δS =2 δ0－ δ n＋c ／fr 式中 fr = [σ]T／ [σ] δ0 的计算同前。;补强管厚度明显大于普通接管，多出来的厚度作为补强。但每种尺寸的接管究竟提供多达的补强厚度[δS]则须将下列因素考虑进去;按以上规定，补强管许用压力取120MPa，设计压力取0.4、1.0、1.6、2.5、4.0和6.4（MPa）六个等级所得[δS]列于12-4;（三）整锻件补强;三. 容器开孔及补强的有关规定;2.开孔位置的限制 （1）在椭圆形或碟形封头上开孔时,开孔的边缘(如果有补强圈则指补强圈外径边缘)距封头周边的