开孔补强之压力面积法介绍

                                                                                                   



前言

关于压力容器开孔补强的常规方法，主要有两大类：等面积法和压力面积法。采用等面积法的规范主要有GB/T150-2011、ASME VIII-1；采用压力面积法的规范主要有HG/T20582-2011、EN13445、AD2000。本期，老愚为大家介绍压力面积法，及与等面积法的区别。


1压力面积法的理论基础 在有效补强范围内，由压力产生的载荷与圆筒、接管、补强元件等有效截面的抗拉承载能力相平衡。2压力面积法与等面积法的使用范围比较
2.1 开孔直径限定范围不一样等面积法的开孔直径限定范围详见GB/T150.3-2011，此处不再罗列。
压力面积法的开孔直径限定范围：d/Di≤0.8。
2.2 有效补强范围的取法不一样等面积法：壳体有效补强范围B=2d（自开孔边缘起有效补强宽度=2/d）。
理论依据：以受均匀拉伸的开小孔大平板、孔边应力集中分布范围进行考虑的。压力面积法：壳体自开孔边缘起有效补强宽度=(Dδ)^0.5 （其中D是壳体中径、δ是壳体有效厚度）。
理论依据：以圆筒壳体在端部均布力作用时，壳体中局部环向薄膜应力的衰减范围进行考虑的。


3压力面积法与等面积法的对比分析 （1）等面积法的壳体有效补强宽度只与开孔直径有关，与壳体直径、壳体壁厚无关。
压力面积法的壳体有效补强宽度只与壳体直径、壳体壁厚有关，与开孔直径无关。
（2）对于大直径壳体上开孔（特别是小开孔），压力面积法的有效补强宽度比等面积法大，即壳体提供的补强面积多，那么需要额外补强的面积就少；
对于小直径壳体上开孔（特别是大开孔），压力面积法的有效补强宽度比等面积法小，即壳体提供的补强面积少，那么需要额外补强的面积就多。
（3）在壳体直径和壁厚一定的情况下：
对于小直径开孔，等面积法偏于保守；对于大直径开孔，等面积法偏于冒进。
对于大直径开孔，压力面积法偏于冒进；对于大直径开孔，压力面积法偏于保守。
（4）当di/Di较小时，等面积法的有效补强范围偏小，那么增加壳体壁厚并不能明显增加补强面积；而压力面积法的有效补强范围偏大，那么增加壳体壁厚能明显增加补强面积（给人造成等面积法比压力面积法保守的假象）。
当di/Di较大时，等面积法的有效补强范围偏大，那么增加壳体壁厚能明显增加补强面积；而压力面积法的有效补强范围偏小，那么增加壳体壁厚并不能明显增加补强面积（给人造成等面积法比压力面积法冒进的假象）。
PS：通过上述分析可以看出，压力面积法与等面积法二者各有优缺，并没有谁比谁更先进。4为啥GB/150-2011没有采纳压力面积法？ 压力面积法允许水压试验时在最大应力位置产生不大于1% 的塑性变形（或者说会产生不大于1% 的塑性变形）。这与我国压力容器国家标准的安全裕度不一致，因此一直未能纳入到国家标准当中。

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以上内容转载公众号：老余讲压力容器
               
               

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