浅谈开孔补强设计在常规压力容器中的应用

分析说明了常规压力容器上开孔补强的设计规定和设计过程,论述了几种常用的开孔补强的结构型式,并阐述了不同补强结构的适用范围和补强效果,最后举例说明了如何针对实际工程案例进行开孔补强设计。

压力容器筒体在计及轴向力或弯矩作用下开孔补强方法

介绍了国内外标准中圆筒体常见开孔补强方法、补强原则和存在问题。基于大平板开小孔应力集中原理和开孔接管数值模拟,分析了筒体在不同方向应力比对开孔补强处应力集中的影响,发现了筒体应力比与应力集中系数的线性化规律。指出当前标准中计算方法基于纯内压工况,而实际中筒体会在弯矩或轴向力作用下改变筒体应力比,与内压下应力集中情况并不相同,如果不对现有方法进行修正,会带来安全风险和不合理设计。基于研究,提出基本解决思路、标准修订建议和适用于开孔率ρ≤0.2时的计算方法,并阐述了塔器、覆土式储存容器以及管壳式热交换器壳程等圆筒体在弯矩或者轴向力组合作用下开孔补强工程设计建议。

高参数圆形平盖中心开孔计算方法及密封刚度失效准则

基于当前压力容器平盖(或法兰盖)的开孔补强方法基本原理和存在的问题,指出我国标准中仅考虑了开孔率ρ≤0.5范围内整体强度校核,欠缺开孔处局部应力计算、安定性失效评价及螺栓垫片连接结构的周边刚度计算、密封失效评价。基于弹性板壳理论,创建了两类常见圆形平盖中心单个开孔结构的力学模型和精确解析解,并给出工程计算公式和设计失效准则。通过算例进行数值模拟验证,并分析应力变化规律。新方法实现预紧工况、操作工况和水压试验工况下的强度失效和密封刚度失效评价,适用于ρ≤0.9范围,更适用于当今“双碳”背景下高参数化设备安全、节能和泄漏率控制等基于失效模式的精准设计,并为标准修订和结构完整性评价提供借鉴。

压力容器筒体开孔区域补强设计

为了解决压力容器开孔补强造成壁厚增加,进而在介质温度快速变化情况下出现结构不稳定的问题,提出了基于支承板和套环的补强结构型式,并采用ANSYS软件进行了分析和验证。结果显示:该补强结构型式可有效补强筒体开孔区域强度,降低该区域的应力水平,最大应力区域的膜应力最大可降低30%,弯曲应力最大可降低90%,峰值应力最大可降低70%;在补强贡献方面,支承板为主导,而套筒为有益补充;支承板在结构纵向对称面两侧布置的角度范围应不小于30°,其补强效果主要体现在降低弯曲应力和峰值应力方面。

开孔补强设计在压力容器规则设计中的应用

压力容器规则设计中开孔是重要环节,开孔补强设计不仅能对压力容器功能进行扩展,还可以为开孔设备提供便利,利于维护。但开孔补强设计一直是重点难点,处理好开孔补强设计是当前关注的问题,以确保压力容器的质量和安全。本文针对开孔补强进行了概述,分析了其设计方法及限制条件,列出了具体的应用,旨在提高压力容器开孔补强的效果。

压力容器开孔补强问题分析

在压力容器设计过程中,由于工艺和结构的要求,需要在容器上开孔和安装接管以连接外部管道。但是一个完整而连续的容器壳体开孔后,不仅会导致整体强度削弱,而且会造成开孔处应力集中。另外,开孔接管处通常会受到各种外载荷、温度变化导致的管道伸缩、相连管道振动等因素的影响。在多种原因的综合作用下,失效现象就会发生在开孔边缘处,主要表现为疲劳破坏和脆性裂纹,因此在压力容器的设计过程中必须全面分析和充分考虑开孔补强问题。

GB 150—2011中圆筒开孔补强设计的分析法

GB 150—2011版设计篇第6.6节圆筒径向接管开孔补强设计的分析法是在该版国家标准中新加入的内容,它将开孔补强设计的适用范围扩大至开孔率达0.9,是根据我国自主研发的薄壳理论解得到的应力分析方法。文中简要阐述了其理论基础与设计准则,所采用设计准则的依据,并给出了与其他设计方法的比较。

基于有限元分析的快开门装置结构优化设计

将有限元方法与优化技术相结合 ,完成了快开门装置的结构优化设计。阐述了基于有限元分析的优化模型建立 ,利用ANSYS软件完成了优化计算 ,得到了优化结果 ,并将该结果与理论计算结果进行了比较。分析结果显示 ,将基于有限元分析的优化技术应用于非标零件的设计是一种非常可行的方法。

压力容器应力分析设计方法的进展和评述

以ASMEⅧ-2 2007版为主线介绍应力分类法的最新进展,并结合我国JB 4732标准和欧盟标准EN 13445 2002来进行讨论和评述。同时也对近年来压力容器分析设计方法的进展作了总体性的简介。

纤维缠绕聚合物基复合材料压力容器的可靠性设计

为对纤维缠绕聚合物基复合材料(FWRP)压力容器进行可靠性设计和安全测评,引入可靠性理论;应用统计学原理,以同一失效概率为标准进行FWRP压力容器结构设计,以取代目前应用的传统安全系数法设计。根据国家标准制备8个玻璃纤维缠绕复合材料(GFWRP)压力容器,通过实验获得纤维强度、缠绕角、几何尺寸、爆破压力等随机变量特征值。GFWRP压力容器结构可靠性设计值(纤维缠绕壁厚)与实验结果基本吻合,并明显小于传统安全系数法设计值。通过对不同纤维强度随机分布可靠性设计理论计算结果的比较,确知纤维强度的离散程度是FWRP压力容器可靠性设计的重要影响因素。传统安全系数设计法只考虑纤维强度(均值)大小,而无视纤维强度随机分布特征值对FWRP压力容器结构抗力的影响,显然是不合理的。可靠性设计实现了安全性与经济性的有效统一。

内压作用下圆柱壳开孔接管的分析设计方法

对于带径向接管的圆柱形压力容器,提出了一种以薄壳理论为基础的应力分析方法。与前人采用各种简化理论解不同,该方法基于精确的圆柱壳Morley方程解以及两圆柱壳交贯线处精确的边界条件,从而提高了解的精度,其适用范围扩大至开孔率0.93。一系列密网格三维有限元解验证了解的可靠性。本文根据作者所提出的理论解给出了圆柱壳大开孔补强的分析设计方法,分析表明:在大开孔情况下等面积补强法没有足够的安全裕度。

压力容器切向开孔接管区的应力分析设计

对压力容器切向开孔接管区进行三维有限元分析,获得了容器筒体、接管及其连接部位的应力分布信息,并与压力容器正交开孔接管连接结构的应力分布进行了比较。根据JB4732分析设计标准对压力容器切向开孔接管进行了强度评定。结果表明,压力容器切向开孔接管产生明显的应力集中,且应力集中系数随接管与筒体连接处距离的增大而快速降低;各类应力的最大值发生在接管与筒体连接处且位于接管上部位的内侧区域,是筒体失效的危险区域;与压力容器正交开孔接管相比,压力容器切向开孔接管的应力分布更趋复杂,有更明显的应力集中,但切向接管的强度足够,满足安全要求。

压力容器圆筒大开孔应力分析设计中的弯曲应力

回顾了长时期以来人们对"大开孔"边缘弯曲应力的认识过程,引出其应力的属性问题。文章对此属性进行了考证,论证指出各压力容器标准将此应力视为二次应力的观点是失误的。

纤维缠绕复合材料压力容器的研究现状

介绍了纤维增强树脂基复合材料以及纤维缠绕压力容器的分类和应用,归纳了纤维缠绕压力容器在国内外常用的相关标准,并针对其设计优化和健康监测与检测两个方面,总结了国内外的研究进展。

压力容器接管部位的可靠性设计研究

使用ANSYS软件对某压力容器筒径,不同开孔直径壳体,共3个模型的开孔接管部位进行分析设计,同时提出最弱环模型对接管部位应力强度进行可靠性评定。研究结果表明,在接管需要补强时采用补强圈或厚壁接管补强,均可有效地改善孔边应力集中;随着开孔率的增大,厚壁补强接管部位的可靠性大于等面积补强法所得结果;最后提出厚壁补强时合适的可靠度取值。

压力容器大开孔补强工程设计方法

归纳总结了压力容器大开孔补强工程设计的几种常用方法 :压力面积法、实验极限压力法、有限元法等 ,并对各种补强方法的力学原理、适用范围。

内压容器大开孔接管补强分析方法的探讨

压力容器广泛应用于石油化工生产中 ,由于工艺和结构的要求 ,需要在容器壳体上设置大开孔结构 .此时 ,GB15 0 - 98的开孔及开孔补强设计已不适用 ,国内尚未制定出大开孔的相应规范 .本文对内压容器大开孔接管补强方法进行了分析 ;针对目前补强方法的不足与局限性 ,提出了采用三维有限元数值方法来分析大开孔接管补强问题 ;给出了具体的实施方案 .

压力容器矩形法兰设计计算

介绍了2种矩形法兰的设计计算方法,并对2种计算方法进行了比较。采用该方法设计计算的矩形法兰已成功应用于多台设备,通过压力试验及工业应用验证了矩形法兰设计计算方法的可靠性。

压力容器开孔补强及处理办法

针对压力容器的开孔补强作了比较详细的论述 ,介绍了超过GB15 0开孔条件时的处理办法 ,并对其进行了比较。

应变强化压力容器开孔补强有限元分析

基于有限元应力分析方法,分析了应变强化压力容器在强化压力下,不同补强结构的容器封头与接管连接处应力强度水平和塑性应变量。结果表明,补强圈补强与厚壁接管补强最大塑性应变量都符合标准要求,但考虑在容器封头与接管连接处的应力强度、塑性应变分布的差异,应变强化压力容器开孔补强使用厚壁接管补强结构更加合理。