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开孔板应力集中实验报告一、引言开孔板是一种常见的工程结构，在各个领域中得到广泛应用。
然而，开孔板的应力集中问题一直是一个重要的研究课题。
为了深入了解开孔板的应力分布特点，本实验通过设计合适的试验方案，进行开孔板应力集中实验，旨在探究开孔板的应力集中现象及其影响因素。
二、实验目的1. 研究开孔板的应力集中情况。
2. 探究不同开孔形状和尺寸对应力集中的影响。
3. 分析开孔板应力集中的原因及其对结构强度的影响。
三、实验装置和材料1. 实验装置：开孔板应力集中试验机、测力仪、开孔板样品。
2. 材料：选用高强度钢板作为开孔板样品。
四、实验步骤1. 准备开孔板样品：根据设计要求，采用激光切割技术在钢板上制作不同形状和尺寸的开孔。
2. 安装实验装置：将开孔板样品固定在实验机上，并连接测力仪以测量受力情况。
3. 施加载荷：通过实验机施加加载荷，记录测力仪的读数，得到开孔板在不同载荷下的应力数据。
4. 数据处理：根据测力仪读数和开孔板样品的几何参数，计算出应力的大小和分布情况。
5. 结果分析：对实验结果进行分析，比较不同开孔形状和尺寸对应力集中的影响。
五、实验结果与分析根据实验数据和计算结果，得到开孔板在载荷作用下的应力分布情况。
通过对比不同开孔形状和尺寸的实验数据，可以得出以下结论：1. 开孔板的应力集中现象明显，应力集中区域主要集中在开孔周围。
2. 开孔形状对应力集中有较大影响，较尖锐的开孔形状会导致更严重的应力集中现象。
3. 开孔尺寸对应力集中影响较大，开孔尺寸越大，应力集中现象越明显。
六、讨论与结论通过本实验的研究，我们得出了开孔板应力集中的一些规律和结论。
开孔板的应力集中现象是由于开孔周围的应力场发生变化所导致的，尖锐的开孔形状和较大的开孔尺寸会使应力集中现象更加严重。
应力集中会导致结构强度下降，容易引起开裂和破坏。
因此，在实际工程中，应根据具体情况合理设计开孔板的形状和尺寸，以减小应力集中现象，提高结构的强度和稳定性。
收稿日期:２０１７－０６－０７基金项目:榆林学院高层次人才科研启动基金项目(１３ＧＫ２３)作者简介:王战辉(１９８５－)ꎬ男ꎬ河南漯河人ꎬ讲师ꎬ硕士ꎬ主要从事化工设备强化研究ꎮ圆柱壳开孔接管区应力分布的分析王战辉ꎬ范晓勇ꎬ陈㊀碧ꎬ高㊀勇(榆林学院化学与化工学院ꎬ陕西榆林７１９０００)摘㊀要:采用ＡＮＳＹＳ有限元分析方法ꎬ通过改变操作压力㊁接管外半径㊁筒体壁厚㊁接管壁厚㊁接管形式五个参数ꎬ来考察其对圆柱壳开孔接管区应力分布及其最大应力的影响ꎮ结果表明:随着操作压力㊁接管外半径的增大ꎬ圆柱壳开孔接管区最大应力随之增大ꎻ随着筒体壁厚㊁接管壁厚的增大ꎬ圆柱壳开孔接管区最大应力将随之减小ꎮ在相同的参数情况下ꎬ平齐式接管的最大应力比内伸式接管的大ꎮ关键词:有限元ꎻＡＮＳＹＳꎻ数值模拟中图分类号:ＴＨ４９㊀文献标志码:Ａ㊀文章编号:１００８－３８７１(２０１８)０６－００３４－０４ＤＯＩ:１０.１６７５２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｊｙｌｕ.２０１８.０６.００９㊀㊀随着石油化工㊁航空航天㊁制造业㊁核工业等的迅猛发展ꎬ压力容器逐渐成为不可或缺的一种重要承压设备[１]ꎮ压力容器通常可以分为内压容器和外压容器ꎬ内部压力大于外部压力的容器成为内压容器ꎬ而内压容器是化工行业实际生产当中用的最多的一种承压设备ꎬ内压容器根据化工行业作用用途可以分为反应容器㊁换热容器㊁分离容器和储藏容器ꎬ根据设计压力可以分为常压容器㊁低压容器㊁中压容器㊁高压容器和超高压容器等ꎬ根据«容规»又可以分为第一类压力容器㊁第二类压力容器和第三类压力容器ꎮ化工行业所用容器一般都带有压力ꎬ而且还伴随着高温有毒气体等ꎬ因此化工容器的承压耐压能力决定着其服役环境和设计寿命ꎮ压力容器主体部分通常由筒体和封头组成ꎬ这是压力容器主要耐压元件ꎮ但是由于化工生产工艺或者安全操作的需要ꎬ例如安装物料的进出口㊁安全阀㊁爆破片㊁压力计㊁人孔㊁手孔㊁目孔等ꎬ需要在压力容器上面大量的开孔并带有接管或者是单一开孔不带有接管[２]ꎮ开孔接管使壳体原来的连续平衡状态受到破坏ꎬ影响压力容器最初的薄膜应力状态ꎬ应力在局部范围内迅速增大ꎬ形成复杂的应力状态ꎬ这部分区域最容易发生强度失效ꎬ是检查的重点区域[３]ꎮ圆柱体在仅承受气体内压的情况下ꎬ此时受轴对称载荷的作用ꎬ产生两个方向应力:经向薄膜应力和周向薄膜应力ꎮ而且这两个应力大小不变ꎬ沿壁厚均匀分布ꎬ周向薄膜应力大小是经向薄膜应力的两倍ꎬ为第一主应力ꎮ当圆柱壳体开孔接管时ꎬ几何形状发生突变ꎬ使得原来的连续状态受到破坏ꎬ发生不连续现象ꎬ在边缘力和边缘力矩的作用下ꎬ形成沿壁厚均匀分布的一次应力(薄膜应力)和非均匀分布的二次应力(弯曲应力)[４]ꎮ另一方面ꎬ随着开孔系数的增大ꎬ开孔接管区域最大应力增大ꎬ应力集中系数也随之增大[５]ꎮ这两方面都会促使圆柱壳开孔接管区应力出现衰减很快的应力局部增大的现象ꎬ是圆柱壳的安全隐患ꎮ因此ꎬ圆柱壳开孔接管区的不连续应力的分析和研究具有重要的意义ꎬ而采用数值解法非常困难ꎬ工作量大ꎬ采用实验法成本高而且精度低ꎬ因此考虑采用ＡＮＳＹＳ有限元分析方法ꎬ通过改变工作参数及结构参数来研究圆柱壳开孔接管区应力分布的特点[６]ꎮ１有限元分析１.１工作条件及结构参数㊀２０１８年１１月第２８卷㊀第６期榆林学院学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＹＵＬＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＮｏｖ.２０１８Ｖｏｌ.２８Ｎｏ.６图１开孔接管１/４几何模型㊀图２网格划分图筒体内径为２００ｃｍꎬ壁厚为３ｃｍꎻ接管外径为５０ｃｍꎬ壁厚为１.５ｃｍꎬ接管内伸长度为５ｃｍꎮ由于筒体长度及接管外伸长度应远大于各自的边缘应力衰减长度ꎬ取有限元模型的接管的长度为５０ｃｍꎬ筒体长度为４００ｃｍꎮ筒体和接管选取的材料均为不锈钢０Ｃｒ１８Ｎｉ９ꎬ操作压力为１.２ＭＰａꎬ操作温度为２００ｏＣꎮ材料弹性模量２ˑ１０５ＭＰａꎬ泊松比＝０.３ꎬ操作应力强度为Ｓｍ＝１３７ＭＰａꎮ利用ＡＮＳＹＳ交互模式直接生成实体模型ꎬ再通过网格划分来获得三维有限元模型ꎮ由于模型几何尺寸和载荷具有对称性ꎬ因此有限元模型可利用结构的对称性取开孔接管区的１/４建模ꎮ开孔接管几何模型如图１所示ꎮ１.２网格划分采用映射网格划分ꎬ操作中要准确控制网格的密度ꎬ不仅要避免壳体与接管连接区网格过密而浪费计算资源ꎬ还要细化壳体与接管连接的应力集中区ꎮ选择三维８节点ＳＯＬＩＤ１８５单元对模型进行离散化ꎬ最后得到４５５４０个单元网格ꎮ网格划分图如图２所示ꎮ１.３边界条件及载荷压力容器受到外压㊁内压以及重力等载荷影响ꎮ但外压和重力相对内压而言ꎬ影响非常小ꎬ可以忽略ꎮ又由于结构是轴对称的ꎬ载荷也是轴对称的ꎬ所以可以将模型简化为轴对称问题ꎮ对于载荷和边界条件ꎬ就本模型而言ꎬ应该施加对称约束于对称面ꎬ且施加轴向位移约束于接管端部ꎬ施加轴向平衡面载荷于筒体端面ꎬ筒体内部和接管内部都承受操作压力ｐꎮ２有限元模拟结果根据压力容器关于开孔系数的定义ꎬ圆柱壳开孔接管区开孔系数与筒体直径㊁筒体壁厚㊁接管直径㊁接管壁厚㊁接管形式等因素有关ꎬ因此通过改变操作压力㊁接管外半径㊁筒体壁厚㊁接管壁厚㊁接管形式五个参数ꎬ来考察其对圆柱壳开孔接管区应力分布及其最大应力的影响[７]ꎮ２.１操作压力对应力分布的影响图３㊀操作压力对应力分布的影响㊀㊀其他条件不变ꎬ改变操作压力ꎬ考察操作压力对圆柱壳开孔接管应力分布的影响如图３所示ꎮ从该５３王战辉ꎬ范晓勇ꎬ陈㊀碧ꎬ高㊀勇:圆柱壳开孔接管区应力分布的分析图可以看出ꎬ圆柱壳开孔接管区最大应力随着操作压力的升高而增加[８]ꎮ远离筒体和接管连接处即远离不连续区域ꎬ筒体和接管仅受内压ｐ的作用ꎬ筒体和接管上应力基本保持不变ꎬ大小等于薄膜应力ꎻ而在筒体和接管连接处即不连续区域ꎬ应力出现局部增大现象ꎬ而且应力变化只发生在连接处的局部区域ꎬ超过这个区域ꎬ应力大小衰减很快ꎬ变为薄膜应力ꎻ在筒体与接管相交处ꎬ应力值最大ꎬ为应力集中最严重的地方ꎬ有可能出现强度失效ꎮ这种现象与不连续应力的分布特点是对应的ꎬ即局部性和自限性ꎮ２.２接管外半径对最大应力的影响图４㊀接管外半径影响下的最大应力趋势图接管外半径对圆柱壳开孔接管区最大应力的影响如图４所示ꎮ从该图可以看出ꎬ当接管外半径分别取３８ｃｍ㊁４３ｃｍ㊁４８ｃｍ㊁５３ｃｍꎬ５８ｃｍ时ꎬ对应的最大应力分别为１８２.９５８ＭＰａ㊁１８８.４１５ＭＰａ㊁１９７.３９ＭＰａ㊁２０３.４５１ＭＰａꎬ２１１.７１６ＭＰａꎮ接管外半径越大ꎬ对应的最大应力也越大ꎬ应力集中系数越高ꎬ越容易发生强度失效ꎮ接管外半径增大ꎬ说明开孔直径增大ꎬ对应的开孔系数增大ꎬ在相同的内压和其他的几何尺寸下最大应力增大[９]ꎮ由此可得出ꎬ圆柱壳开孔接管区最大应力随着接管外半径的增大而增大ꎮ２.３筒体壁厚对最大应力的影响图５㊀筒体壁厚影响下的最大应力趋势图筒体壁厚对圆柱壳开孔接管区最大应力的影响如图５所示ꎮ从该图可以看出ꎬ当筒体壁厚分别取２.５ｃｍ㊁２.７ｃｍ㊁３ｃｍ㊁３.３ｃｍ㊁３.５ｃｍ时ꎬ对应的最大应力分别为２３４.４８８ＭＰａ㊁２２５.２８２ＭＰａ㊁２１１.７１６ＭＰａ㊁２０４.０９１ＭＰａ㊁１９５.７５１ＭＰａꎮ筒体壁厚越大ꎬ对应的最大应力也越大ꎬ应力集中系数越高ꎬ越容易发生强度失效[１０]ꎮ筒体壁厚是筒体承压能力的重要指标ꎬ壁厚越大ꎬ耐压能力越强ꎬ在相同的内压和其他几何尺寸下最大应力越小ꎬ应力集中系数越小ꎬ越安全ꎬ越不容易发生强度失效ꎮ由此可得出ꎬ圆柱壳开孔接管区最大应力随着筒体壁厚的增大而减小ꎮ２.４接管壁厚对最大应力的影响图６㊀接管壁厚影响下的最大应力趋势图接管壁厚对圆柱壳开孔接管区最大应力的影响如图６所示ꎮ从该图可以看出ꎬ当接管壁厚为１ｃｍ㊁１.３ｃｍ㊁１.５ｃｍ㊁１.７ｃｍ㊁２ｃｍ时ꎬ对应的最大应分别为２７２.１０８ＭＰａ㊁２２５.９８７ＭＰａ㊁２１１.７１６ＭＰａ㊁１８３.０４６ＭＰａ㊁１６４.９６５ＭＰａꎮ接管壁厚越大ꎬ对应的最大应力越小ꎬ应力集中系数越小ꎬ越不容易发生强度失效ꎮ接管壁厚的增大同样引起了圆柱壳开孔接管区域几何形状不连续ꎬ由此引起局部区域应力的升高现象ꎻ但是另一方面ꎬ接管壁厚越大ꎬ接管的耐压能力越强ꎮ而且第二个方面占主导地位ꎬ因此ꎬ接管壁厚越大ꎬ耐压能力越强ꎬ在相同的内压和其他几何尺寸下最大应力越小ꎬ应力集中系数越小ꎬ越安全ꎬ越不容易发生强度失效ꎮ由此可得出ꎬ圆柱壳开孔接管区最大应力随着接管壁厚的增大而减小ꎮ２.５接管形式对最大应力的影响图７㊀接管形式影响下的最大应力趋势图６３ 榆林学院学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年第６期(总第１４０期)以内伸式接管和平齐式接管为研究对象ꎬ考察接管形式对圆柱壳开孔接管区最大应力的影响如图７所示ꎮ从该图可以看出ꎬ当内伸式接管和平齐式接管时对应的最大应力为２１１.７１６ＭＰａ㊁２６０.９９７ＭＰａꎮ在其他条件相同的情况下ꎬ內伸式接管的开孔系数小ꎬ因此最大应力小ꎬ不容器发生强度失效[１１]ꎮ由此可得出ꎬ在其他条件相同的条件下ꎬ平齐式接管的最大应力比内伸式接管的大ꎮ由于在圆柱上面直接开孔ꎬ所以圆柱体表面的应力分布会发生变化ꎬ而应力发生变化的程度可以用应力集中系数Ｋ来表示ꎮＫ＝ꎬ最大应力越大ꎬ应力集中系数越大ꎬ越容易发生弹性失效ꎮ３结论(１)远离圆柱壳和接管连接处ꎬ圆柱壳和接管上的应力基本不变ꎬ大小等于薄膜应力ꎻ而在圆柱壳和接管连接附近区域ꎬ应力出现局部增大现象ꎻ在圆柱壳与接管相交处ꎬ应力值最大ꎬ为应力集中最严重的地方ꎬ有可能出现强度失效ꎮ在圆柱壳和接管连接的局部区域ꎬ应力出现升高现象ꎬ远离连接区域ꎬ应力趋于稳定ꎬ大小等于薄膜应力ꎮ(２)随着操作压力㊁接管外半径的增大ꎬ开孔接管区最大应力随之增大ꎬ应力集中系数增大ꎬ容易发生强度失效ꎻ随着筒体壁厚㊁接管壁厚的增大ꎬ开孔系数减小ꎬ开孔接管区最大应力随之减小ꎬ应力集中系数减小ꎬ不容易发生强度失效ꎮ(３)在相同的参数情况下ꎬ平齐式接管的最大应力比内伸式接管的大ꎮ参考文献:[１]邹军.压力容器非径向接管的应力分析与补强研究[Ｄ].广州:华南理工大学ꎬ２０１２.[２]王陈玉书ꎬ张巨伟ꎬ张园园.压力容器开孔接管区的应力分析及优化设计[Ｊ].当代化工ꎬ２０１３ꎬ４２(１１):１６０２－１６０４.[３]张文建ꎬ江楠.压力容器开孔接管的疲劳分析[Ｊ].化工机械ꎬ２０１０ꎬ３７(３):３２４－３２６.[４]李程ꎬ王茂廷ꎬ龚雪ꎬ等.椭圆封头中心接管在内压及弯矩作用下的应力分析[Ｊ].当代化工ꎬ２０１３ꎬ２７(１):１０５－１０６.[５]王志文ꎬ蔡仁良.化工容器设计[Ｍ].北京:化学工业出版社:２００５.１０１－１０３.[６]王磊.压力容器大开孔接管有限元分析及强度设计的研究[Ｄ].南京:南京理工大学ꎬ２００６.[７]王定标ꎬ魏新利ꎬ向飒ꎬ等.压力容器切向开孔接管区的应力分析设计[Ｊ].石油机械ꎬ２００６ꎬ３４(４):５－７.[８]田华.压力容器大开孔补强设计的压力面积法与ＡＳＭＥ法的分析比较[Ｊ].压力容器ꎬ２００４ꎬ２１(３):１６－１９.[９]刘海刚ꎬ马嫄情ꎬ苏文献ꎬ等.内压圆筒开孔接管长度对有限元计算结果的影响[Ｊ].压力容器ꎬ２０１３ꎬ３０(３):２０－２４.[１０]韩敏.利用ＡＮＳＹＳ软件对压力容器进行应力分析[Ｊ].煤矿机械ꎬ２００８ꎬ２９(１):７３－７４.[１１]王磊.压力容器开孔接管处的应力分类及补强设计方法的比较[Ｊ].化工机械ꎬ２００４ꎬ３１(５):３０７－３１１.(责任编辑:杨㊀飞)ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｔｒｅｓｓＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎＮｏｚｚｌｅＪｏｉｎｔｏｆＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＳｈｅｌｌＷＡＮＧＺｈａｎ－ｈｕｉꎬＦＡＮＸｉａｏ－ｙｏｎｇꎬＣＨＥＮＢｉꎬＧＡＯＹｏｎｇ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＹｕｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＹｕｌｉｎ７１９０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴｈｉｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｕｓｅｓＡＮＳＹＳｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｔｏｅｘａｍｉｎｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｏｆｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｈｅｌｌｎｏｚｚｌｅｚｏｎｅｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｄｅｓｉｇｎｐｒｅｓｓｕｒｅꎬｎａｍｅｌｙｃｙｌｉｎｄｅｒｒａ￣ｄｉｕｓꎬｎｏｚｚｌｅｒａｄｉｕｓａｎｄｃｙｌｉｎｄｅｒｔｈｉｃｋｎｅｓｓꎬｎｏｚｚｌｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｎｏｚｚｌｅｔｙｐｅ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎ￣ｃｒｅａｓｅｏｆｄｅｓｉｇｎｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｎｏｚｚｌｅｒａｄｉｕｓꎬｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｓ.Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｔｈｉｃｋｎｅｓｓꎬｎｏｚｚｌｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｓꎬａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｄｅｃｒｅａｓｅｓ.Ｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｓａｍｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎬｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｏｆｆｌａｔｎｏｚｚｌｅｉｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｉｎｎｅｒｅｘｔｅｎｓｉｏｎｐｉｐｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔꎻｓｔｒｅｓｓꎻＡＮＳＹＳꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ７３ 王战辉ꎬ范晓勇ꎬ陈㊀碧ꎬ高㊀勇:圆柱壳开孔接管区应力分布的分析。
圆柱壳开孔接管补强结构有限元分析龚宝龙;杨雪华;徐兴华【摘要】基于有限元法，运用ANSYS软件对圆柱壳体开孔接管补强结构进行分析，获得其应力分布规律。
在应力分析的基础上，运用线性处理法对危险部位进行应力分类和强度评定，并确定了该圆柱壳的极限承载能力。
沿着评定路径获得应力集中系数分布规律及其最大值，并与ASME 锅炉及压力容器规范中的经验公式进行对比，验证了数值模拟结果的可靠性。
%Based on the finite element method, the opening reinforcement structure of cylindrical shell with nozzle was analyzed by ANSYS software. The stress distribution rule was obtained. On the basis of stress analysis, carried out stress classification and strength assessment in dangerous parts by using the linear processing method, then determined the ultimate bearing capacity of the cylindrical shell. The stress concentration coefficient distribution rule and maximum value was calculated along the evaluation path, and compared them with the empirical formula of ASME BPVC, verified the reliability of the numerical simulation results.【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】5页(P39-43)【关键词】圆柱壳;开孔补强;有限元分析;应力集中系数;压力容器【作者】龚宝龙;杨雪华;徐兴华【作者单位】中核苏阀科技实业股份有限公司;中核苏阀科技实业股份有限公司;中核苏阀科技实业股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】TQ050.30 引言在石油、能源、核工业等行业中，广泛存在着圆柱壳形压力容器，由于工艺或结构上的需要，壳体上经常需要进行开孔并与接管进行焊接。
圆柱壳开孔应力集中问题的边界元解法
邢志祥;钱惠林
【期刊名称】《南京化工学院学报》
【年(卷),期】1993(15)1
【摘要】本文将边界元法应用于圆柱壳。
在建立积分方程时,作者建议用板的基本解叠加三角级数解作为圆柱壳的基本解,并导出了圆柱壳的边界元解法的基本公式。
计算表明,使用该基本解,提高了计算精度。
文中还提出了区域积分的处理方法。
数
值计算显示,用边界元法分析圆柱壳的开孔问题是十分有效的。
【总页数】8页(P34-41)
【关键词】圆柱壳;应力集中;边界元;压力容器
【作者】邢志祥;钱惠林
【作者单位】南京化工学院化机系
【正文语种】中文
【中图分类】TH490.23
【相关文献】
1.厚壁容器圆柱壳开孔应力集中问题（I） [J], 胡超;马晓波
2.厚壁容器圆柱壳开孔应力集中问题（II） [J], 胡超;马晓波
3.圆柱壳开孔应务集中问题的边界元解法 [J], 邢志祥;钱惠林
4.厚壁圆柱壳开孔应力集中问题的复变函数解法 [J], 胡超;刘殿魁;马兴瑞;王本利
5.圆柱壳开孔的应力集中──非圆孔问题的一般解 [J], 刘殿魁;胡超
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一种开孔壳体补强度计算方法开孔壳体是指在壳体表面开凿圆形或其他形状的孔洞的壳体结构。
由于开孔壳体的刚度和强度受到孔洞的影响，因此需要对开孔壳体的强度进行计算和分析。
本文将介绍一种常用的开孔壳体补强度计算方法。
开孔壳体的强度计算方法有多种，其中一种常用的方法是基于塑性理论的应力集中法。
该方法将开孔壳体视为一个封闭圆筒，在圆筒上产生一个与实际孔洞大小和位置相等的孔洞，然后计算在该孔洞周围的应力分布。
根据塑性理论，当开孔壳体承受载荷时，材料会发生塑性变形，即产生塑性应变。
这种塑性应变的产生会使得壳体的载荷-位移曲线变得平缓，并且在孔洞周围产生高应力区域。
在这个高应力区域，壳体可能会破裂或发生塑性变形。
我们需要计算这个高应力区域的强度。
具体计算步骤如下：1. 根据实际开孔壳体的几何尺寸，确定开孔壳体的几何参数，例如壳体的半径、孔洞的直径等。
2. 假设一个与实际孔洞大小和位置相等的虚拟孔洞，将其放置在壳体上，形成一个封闭圆筒。
3. 假设该虚拟孔洞周围发生一个高应力区域，计算该区域的最大应力。
这可以通过应力集中系数来计算。
4. 根据开孔壳体的材料性质，计算材料的弹性极限，即当应力达到一定值时，材料开始发生塑性变形。
5. 将虚拟孔洞周围的最大应力与材料的弹性极限进行比较。
如果最大应力小于弹性极限，则开孔壳体在当前载荷下仍然具有足够的强度。
如果最大应力大于弹性极限，则需要进行补强措施。
6. 根据计算结果进行开孔壳体的补强设计。
可以采用增加材料厚度、增加壳体的截面面积等方式进行补强。
需要注意的是，以上计算方法只适用于受纯弯曲或轴向拉压力作用的情况。
如果开孔壳体同时受到纵向剪切力、扭转力或其他复杂的载荷作用，计算方法会相应复杂化。
开孔壳体的强度计算是工程设计中重要的一部分。
这种计算方法可以帮助工程师在设计和使用过程中评估开孔壳体的强度，并采取相应的措施进行补强，以确保结构的安全性。
内压作用下圆柱壳开孔接管分析设计方法圆柱壳是一种常见的结构，广泛用于各种工程中。
当圆柱壳在使用过程中承受内压时，设计师需要考虑开孔接管的分析与设计方法，以确保结构的稳定性和安全性。
在分析和设计开孔接管时，设计师需要考虑以下几个主要因素：1. 内压载荷：内压是指圆柱壳内部的压力载荷，通常是由液体或气体提供的。
设计师需要确定内压的大小和分布，以评估开孔接管所承受的力学载荷。
2. 开孔位置：设计师需要确定开孔的位置。
一般来说，开孔接管位于圆柱壳的侧面，但具体的位置需要根据实际情况来确定。
开孔的位置和数量将影响开孔接管的受力状况和结构的稳定性。
3. 开孔形状：开孔形状也是设计师需要考虑的因素之一。
常见的开孔形状包括圆孔、方孔、椭圆孔等。
开孔的形状将对开孔接管的应力分布和刚度产生影响。
4. 接管材料：选择合适的接管材料对于确保结构的稳定性和安全性至关重要。
材料的选择应考虑其强度、刚度、耐腐蚀性等因素。
在设计过程中，设计师可以采用以下方法来进行开孔接管的分析和设计：1. 统一板壳理论：根据统一板壳理论，设计师可以分析开孔接管的受力状况，计算其承载能力。
统一板壳理论主要考虑了面板的纵向、挠度和切向应力。
2. 有限元分析：有限元分析是一种常用的工程计算方法。
设计师可以使用有限元软件对开孔接管进行建模，并模拟施加内压载荷的情况。
通过有限元分析，可以得到开孔接管的应力分布、变形情况等。
3. 经验公式和规范：设计师可以参考相关的经验公式和规范，如国际壳体结构设计规范、国内壳体结构设计规范等。
这些规范提供了一些设计方法和公式，可用于评估开孔接管的承载能力。
总之，设计师在进行内压作用下圆柱壳开孔接管的分析和设计时，需要综合考虑内压载荷、开孔位置和形状、接管材料等因素。
采用统一板壳理论、有限元分析以及参考相关经验公式和规范等方法，可以对开孔接管的受力状况进行评估和设计，确保结构的稳定性和安全性。
在进行内压作用下圆柱壳开孔接管的分析和设计时，设计师还需考虑以下几个重要因素：5. 开孔尺寸：开孔尺寸包括开孔的直径或边长。
圆柱壳开孔接管区应力分布的分析王战辉;范晓勇;陈碧;高勇【摘要】采用ANSYS有限元分析方法,通过改变操作压力、接管外半径、筒体壁厚、接管壁厚、接管形式五个参数,来考察其对圆柱壳开孔接管区应力分布及其最大应力的影响.结果表明:随着操作压力、接管外半径的增大,圆柱壳开孔接管区最大应力随之增大;随着简体壁厚、接管壁厚的增大,圆柱壳开孔接管区最大应力将随之减小.在相同的参数情况下,平齐式接管的最大应力比内伸式接管的大.【期刊名称】《榆林学院学报》【年(卷),期】2018(028)006【总页数】4页(P34-37)【关键词】有限元;ANSYS;数值模拟【作者】王战辉;范晓勇;陈碧;高勇【作者单位】榆林学院化学与化工学院,陕西榆林 719000;榆林学院化学与化工学院,陕西榆林 719000;榆林学院化学与化工学院,陕西榆林 719000;榆林学院化学与化工学院,陕西榆林 719000【正文语种】中文【中图分类】TH49随着石油化工、航空航天、制造业、核工业等的迅猛发展，压力容器逐渐成为不可或缺的一种重要承压设备[1]。
压力容器通常可以分为内压容器和外压容器，内部压力大于外部压力的容器成为内压容器，而内压容器是化工行业实际生产当中用的最多的一种承压设备，内压容器根据化工行业作用用途可以分为反应容器、换热容器、分离容器和储藏容器，根据设计压力可以分为常压容器、低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器等，根据《容规》又可以分为第一类压力容器、第二类压力容器和第三类压力容器。
化工行业所用容器一般都带有压力，而且还伴随着高温有毒气体等，因此化工容器的承压耐压能力决定着其服役环境和设计寿命。
压力容器主体部分通常由筒体和封头组成，这是压力容器主要耐压元件。
但是由于化工生产工艺或者安全操作的需要，例如安装物料的进出口、安全阀、爆破片、压力计、人孔、手孔、目孔等，需要在压力容器上面大量的开孔并带有接管或者是单一开孔不带有接管[2]。
