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幵孔補強計算中標準橢圓封頭計算厚度的選取

幵孔補強計算中標準橢圓封頭計算厚度的選取

        在壓力容器設計中，為滿足工藝操作，容器制造、安裝、檢驗及維修等要求,開孔是不可避免的。由于容器開孔以后，不僅削弱了容器的整體強度，而且還因開孔引起的應力集中以及接管和容器壁的連接造成開孔邊緣的局部高應力，再加上接管有時還會受到各種外加載荷的作用而產生的應力以及溫差產生的熱應力，使得開孔處的局部應力進一步提高，因此，壓力容器設計中必須充分考慮開孔的補強問題。

        等面積補強法是我國GB150JB4732標準中廣泛采用的開孔補強計算方法，它是基于殼體開孔前后局部“截面”的抗拉承載能力——即拉伸強度不變的原則，當補強材料與開孔殼體材料一致時,則所需補強面積就是殼體因開孔而喪失的原先用以承載的面積。因開孔產生的應力值隨著離開孔邊緣距離的加大而衰減，因此補強材料應設置在開孔附近的高應力區域，即有效補強范圍內，所以，在補強計算中，正確選取需要的補強面積及補強范圍參數,顯得尤為重要。

        按GB150.1~4-2011，內壓容器橢圓封頭開孔所需補強面積按如下公式計算：

                                      A=dopS+288et(l-fr)

        其中S為橢圓封頭的計算厚度，此處應注意并不是直接代人標準橢圓封頭的計算厚度公式就可以的，要依據開孔的位置而定：若開孔位于橢圓形封頭中心80%直接范圍內則按式（1)計算，否則按標準橢圓封頭的計算厚度公式(2)計算

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

        式(1)中K,相當于當量球殼系數，取決于橢圓長短軸的比例，對于標準橢圓封頭，K,取0.9。顯然，80%封頭內徑范圍內，內壓橢圓封頭計算厚度與其補強計算時所得計算厚度是不同的,前者使橢圓封頭所需補強面積增加了10%，這在開孔直接較大，需要整體補強時,問題顯得尤為突出。。

        橢圓封頭的厚度是根據其應力部位的應力計算出來的，前面已經提到，標準橢圓封頭的應力部位在過渡區或底邊，由薄膜應力加彎曲應力構成,而封頭中心的“球面”部分，彎曲應力很小，基本上均為薄膜應力。為此，在球面部分開孔，進行補強計算時，其開孔削弱的面積計算中，封頭的計算厚度可取該部分的當量球殼計算厚度(此計算厚度小于橢圓封頭的計算厚度）。以此可以減小所需補強面積[5]。橢圓封頭中心球面部分的當量球殼內半徑的當量球殼系數為0.9,當量球殼厚度按照(1)計算。只有當開孔位于過渡區時，開孔削弱的補強面積計算中，才按橢圓封頭的計算厚度公式(2)計算。

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