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橢圓封頭的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)
幵孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算中標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭計(jì)算厚度的選取
在壓力容器設(shè)計(jì)中，為滿足工藝操作，容器制造、安裝、檢驗(yàn)及維修等要求,開(kāi)孔是不可避免的。由于容器開(kāi)孔以后，不僅削弱了容器的整體強(qiáng)度，而且還因開(kāi)孔引起的應(yīng)力集中以及接管和容器壁的連接造成開(kāi)孔邊緣的局部高應(yīng)力，再加上接管有時(shí)還會(huì)受到各種外加載荷的作用而產(chǎn)生的應(yīng)力以及溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使得開(kāi)孔處的局部應(yīng)力進(jìn)一步提高，因此，壓力容器設(shè)計(jì)中 充分考慮開(kāi)孔的補(bǔ)強(qiáng)問(wèn)題。
等面積補(bǔ)強(qiáng)法是我國(guó)GB150JB4732標(biāo)準(zhǔn)中廣泛采用的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法，它是基于殼體開(kāi)孔前后局部“截面”的抗拉承載能力——即拉伸強(qiáng)度不變的原則，當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)材料與開(kāi)孔殼體材料一致時(shí),則所需補(bǔ)強(qiáng)面積就是殼體因開(kāi)孔而喪失的原先用以承載的面積。因開(kāi)孔產(chǎn)生的應(yīng)力值隨著離開(kāi)孔邊緣距離的加大而衰減，因此補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)設(shè)置在開(kāi)孔附近的高應(yīng)力區(qū)域，即 補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，所以，在補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算中，正確選取需要的補(bǔ)強(qiáng)面積及補(bǔ)強(qiáng)范圍參數(shù),顯得尤為重要。
按GB150.1~4-2011，內(nèi)壓容器標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按如下公式計(jì)算：
A=dopS+288et(l-fr)
其中S為橢圓封頭的計(jì)算厚度，此處應(yīng)注意并不是直接代人標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的計(jì)算厚度公式就可以的，要依據(jù)開(kāi)孔的位置而定：若開(kāi)孔位于橢圓形封頭 80%直接范圍內(nèi)則按式（1)計(jì)算，否則按標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的計(jì)算厚度公式(2)計(jì)算
5=PoK1Di/(2[(T],a)-0.5Pc)(1)hPcDi/^tr]吻-0.5P。)(2)
式(1)中K,相當(dāng)于當(dāng)量球殼系數(shù)，取決于橢圓長(zhǎng)短軸的比例，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，K,取0.9。顯然，80%封頭內(nèi)徑范圍內(nèi)，內(nèi)壓橢圓封頭計(jì)算厚度與其補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算時(shí)所得計(jì)算厚度是不同的,前者使橢圓封頭所需補(bǔ)強(qiáng)面積增加了10%，這在開(kāi)孔直接較大，需要整體補(bǔ)強(qiáng)時(shí),問(wèn)題顯得尤為突出。。
橢圓封頭的厚度是根據(jù)其大應(yīng)力部位的應(yīng)力計(jì)算出來(lái)的，前面已經(jīng)提到，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的大應(yīng)力部位在過(guò)渡區(qū)或底邊，由薄膜應(yīng)力加彎曲應(yīng)力構(gòu)成,而封頭 的“球面”部分，彎曲應(yīng)力很小，基本上均為薄膜應(yīng)力。為此，在球面部分開(kāi)孔，進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算時(shí)，其開(kāi)孔削弱的面積計(jì)算中，封頭的計(jì)算厚度可取該部分的當(dāng)量球殼計(jì)算厚度(此計(jì)算厚度小于橢圓封頭的計(jì)算厚度）。以此可以減小所需補(bǔ)強(qiáng)面積[5]。橢圓封頭 球面部分的當(dāng)量球殼內(nèi)半徑的當(dāng)量球殼系數(shù)為0.9,當(dāng)量球殼厚度按照(1)計(jì)算。只有當(dāng)開(kāi)孔位于過(guò)渡區(qū)時(shí)，開(kāi)孔削弱的補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算中，才按橢圓封頭的計(jì)算厚度公式(2)計(jì)算。
