降低壓力容器設(shè)計(jì)制造應(yīng)力集中的措施

陸道林

摘 要：基于降低壓力容器設(shè)計(jì)制造應(yīng)力集中的措施研究，首先需要掌握介質(zhì)性質(zhì)與生產(chǎn)工藝要求確定材料種類、局部應(yīng)力分析優(yōu)化設(shè)計(jì)選材等設(shè)計(jì)選材要點(diǎn)，得出倒圓、倒角設(shè)計(jì)，通過(guò)邊緣應(yīng)力降低應(yīng)力集中等應(yīng)力集中措施，從而全面闡述應(yīng)力集中在降低壓力容器設(shè)計(jì)制造中的重要性。

關(guān)鍵詞：壓力容器;設(shè)計(jì)制造;應(yīng)力集中

引言：

至今，壓力容器設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，需要保證壓力容器的可靠性及使用的安全性。我國(guó)需要結(jié)合社會(huì)發(fā)展潮流，對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)理念及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造和完善。同時(shí)我國(guó)還需要技術(shù)創(chuàng)新人才，對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷創(chuàng)新。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，很多工業(yè)都在運(yùn)用壓力容器設(shè)備，因此為了提高壓力容器設(shè)備的安全性。

1.設(shè)計(jì)選材要點(diǎn)

1.1根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)與生產(chǎn)工藝要求確定材料種類

制造企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，使用壓力容器的方式非常多樣，對(duì)容器結(jié)構(gòu)的要求以及原材料，機(jī)械和技術(shù)性能也有所不同。因此，在初步設(shè)計(jì)階段，有必要先弄清容器的工作條件，然后根據(jù)工作溫度范圍，介質(zhì)特性和工作壓力等參數(shù)選擇材料，并比較設(shè)計(jì)規(guī)格。其次，有必要優(yōu)化材料的選擇，以及原材料的采購(gòu)成本和供應(yīng)周期，選擇具有與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相似性能的材料，并進(jìn)行全面測(cè)試和分析，以便替代材料的性能取決于壓力容器的操作，請(qǐng)確保在適當(dāng)?shù)臈l件下，有效滿足壓力容器設(shè)計(jì)要求[1]。

1.2基于局部應(yīng)力分析優(yōu)化設(shè)計(jì)選材

由于壓力容器噴嘴中板的打開和預(yù)留的維護(hù)孔，而破壞了結(jié)構(gòu)的完整性，從而導(dǎo)致局部承受力和應(yīng)力集中的損失。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，原則上應(yīng)確保這些零件上的載荷不大于材料的使用限度，這將不可避免地導(dǎo)致產(chǎn)生較大的參數(shù)，例如容器主體的厚度和直徑。除了浪費(fèi)材料之外，加工和質(zhì)量控制的難度增加，無(wú)法改善容器的質(zhì)量，從而使運(yùn)輸和提升更加困難。因此，為了分析壓力容器的應(yīng)力集中和薄弱部位，有必要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，一方面可以準(zhǔn)確計(jì)算出由于開孔引起的殼體承載力損失，并設(shè)計(jì)出加固技術(shù)方案。應(yīng)合理選擇壓力容器，局部使用壁厚和其他參數(shù)以確保整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力[2]。

2.改善應(yīng)力集中的合理措施

2.1倒圓、倒角設(shè)計(jì)

基本計(jì)算和實(shí)際應(yīng)力測(cè)量表明，在承受外力后，如果物體有小空洞，間隙等，附近的應(yīng)力將遠(yuǎn)大于其他零件的值。人們將這種應(yīng)力集中的增加稱為應(yīng)力集中。為了減小壓力容器中的應(yīng)力集中，在設(shè)計(jì)壓力容器結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采取有效措施合理地?cái)U(kuò)大幾種電弧半徑。圓形或倒角的設(shè)計(jì)可以通過(guò)這一系列措施來(lái)避免應(yīng)力集中，因?yàn)槎啻纬惺芡饬ψ饔枚l(fā)生應(yīng)力集中。

例如，壓力容器噴嘴設(shè)計(jì)采用的是倒圓角方法，這種設(shè)計(jì)方法可以將應(yīng)力集中降低多達(dá)30。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)采取合理措施，以最小化局部結(jié)構(gòu)開裂所引起的最大應(yīng)力，如果壓力容器中的介質(zhì)具有易燃易爆性，需要對(duì)壓力容器所承載溫度及壓力進(jìn)行控制。對(duì)于超過(guò)疲勞損傷或脆性的壓力容器，其焊縫裕度要比普通容器嚴(yán)格，針對(duì)噴嘴端設(shè)計(jì)，一定要按照設(shè)計(jì)要求，對(duì)倒角進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是在設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中，避免采用焊接的方式，避免壓力容器出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，同時(shí)應(yīng)該采用支撐板進(jìn)行支撐，并且安裝在支架上。禁止在焊接的過(guò)程中，直接焊接，也禁止爆震，處于應(yīng)力下的組件以避免刻痕效應(yīng)。另外，在焊接后的熱處理過(guò)程中，硬化區(qū)域變軟，氫含量降低，并且整體的結(jié)構(gòu)可能改變，因此可以改善壓力容器的機(jī)械性能。

在壓力容器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，大多數(shù)情況應(yīng)根據(jù)硬度理論進(jìn)行，很少有合理的穩(wěn)定性應(yīng)用，彈性破壞準(zhǔn)確，在計(jì)算中應(yīng)合理采用板膜理論。從分析的角度出發(fā)，從應(yīng)力的角度出發(fā)，一般應(yīng)使用旋轉(zhuǎn)殼體，減少矩形容器的使用。只有在低壓，常壓或過(guò)程有特殊要求的情況下，才應(yīng)采用密封頭的方法。如果在封頭設(shè)計(jì)中主要考慮材料和其他因素，則最好的封頭方法是橢圓形封頭[3]。

2.2通過(guò)邊緣應(yīng)力降低應(yīng)力集中

如果在壓力容器的設(shè)計(jì)和制造中從邊緣應(yīng)力入手，則應(yīng)最大程度地減少對(duì)所連接組件的嚴(yán)格監(jiān)督，由于內(nèi)部壓力而進(jìn)行的自由編程。幾何形狀的突然變化，會(huì)對(duì)邊緣應(yīng)力造成影響，同時(shí)，結(jié)構(gòu)之前相互約束，在一定程度上會(huì)導(dǎo)致邊緣的彎矩，可以通過(guò)減小均勻載荷下相繼構(gòu)件之間的剛度差來(lái)減小應(yīng)力。在壓力容器的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，對(duì)零件進(jìn)行加工并改進(jìn)邊緣結(jié)構(gòu)，以增加邊緣區(qū)域的局部含量，提高邊緣焊縫的質(zhì)量，并有效減少附件的部分負(fù)荷，并加以防止。應(yīng)力集中的形狀可確保壓力容器的質(zhì)量符合使用標(biāo)準(zhǔn)。例如，連接材料和直徑的兩個(gè)圓柱體的厚度差異很大，是因?yàn)樵谙嗤膬?nèi)部壓力下變形不一致，從而導(dǎo)致更大的邊緣應(yīng)力。需要將厚圓柱體切細(xì)以有效控制邊緣應(yīng)力。在制造過(guò)程中對(duì)厚零件進(jìn)行減薄和轉(zhuǎn)換可以改善焊接條件，同時(shí)提高焊接質(zhì)量。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，壓力容器已成為重要使用工具。因此，制造企業(yè)需要加強(qiáng)控制壓力容器的質(zhì)量，并且針對(duì)制造問題進(jìn)行深入研究，需要有效解決問題，全面分析壓力容器的功能和使用需求，并不斷加以改進(jìn)。并且保證壓力容器的安全性，最終實(shí)現(xiàn)了壓力容器的有效應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]朱沙沙，史艷梅.降低壓力容器設(shè)計(jì)制造應(yīng)力集中的措施[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2016，42（09）：62+83.

[3]段亞平.降低壓力容器設(shè)計(jì)制造應(yīng)力集中的措施[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2010（05）：39-40.

[4]張世有，王霞.壓力容器設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中降低應(yīng)力集中采取的幾項(xiàng)措施[J].黑龍江醫(yī)藥，2005（03）：195-196.

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