摘要：伴随社会的快速发展，当前社会很多领域的运行过程中都使用到了压力容器，因为其具有储量大以及自身运输比较简单的优势特点。在这种应用比较广泛的背景之下，为了充分加强使用的安全与合理有效性，应当充分有效地促进开孔补强设计工作的逐步推进，从而保证压力容器的良好运行，最终实现其在使用过程中的安全性与有效性。
关键词：压力容器设计；开孔补强；设计应用
1开孔补强方法的基本原理探讨
1.1等面积法
等面积补强法就是以补偿开孔截面积的拉伸强度作为补强准则。在内压作用下，壳体因丧失的拉伸承载面积应在壳体孔边有效范围内等面积的进行补偿。对于壳体承压外压的情况，开孔补强就是为了防止失稳，即开孔面积要有足够的抗弯承载能力，在工程上，为保证开孔处的稳定，在孔边有效补偿范围内以其一半的面积进行补强。因此等面积补强实际上是考虑了对开孔引起的局部薄膜应力的补强，其补强只涉及静力强度问题。等面积补强法对开孔边缘的峰值应力未考虑，这因为此该方法不适用于疲劳容器的开孔补强。
1.2压力的面积法
计算方法的形式与等面积法不同，但本质是一样的，即壳体的承载能力以及评价标准和其相平衡的静强度，钢板的抗拉强度计算只考虑静强度问题，也没有计算孔边缘弯曲应力引起的弯曲强度。
1.3分析法（GB150—2011）
设计准则以塑性极限分析和稳定性分析为基础，以保证足够的塑性、重复荷载稳定性和承载力要求为载荷，以保证其理论基础力学模型的开发和应用是弹性薄壳理论，基于清华大学的研究成果，以以往的实验模型为基础，论证了一种可靠数据的方法，分析法计算有两种方法，一种为等效应力校核，另一种为补强结构尺寸设计，等效应力校核方法可用于核能装置等特殊要求的压力容器圆筒开孔补强计算。除了压力ASMEⅧ-2的分类，不同类型的应力强度在不同的设计标准，极限承载力设计荷载的结构应该满足一定的安全保证要求，设计应该满足稳定性要求。
1.4开孔补强的方法原理、准则以及适用范围
通过以上分析表明，不同的加固计算方法都是基于一定的理论基础和加固标准，在一定的加固范围内，计算结果可能有微量的区别。在国内工程中，等面积法开孔补强的计算是最广泛接受和公认的方法。在我国SW6软件中采用压力面积法或分析方法，计算大开孔，其余较小开孔等面积法均可适用。将分析方法和有限元方法分别应用于等效弯曲应力法和基于其加固原理和准则的应力评估过程中，计算大开孔强度。
2在压力容器设计中开孔补强方式的应用
2.1压力容器设计中厚壁接管补强的应用
现阶段，厚壁接管补强技术在压力容器设计过程中得到了十分广泛的应用。为确保厚壁接管补强效果，应加强对选材方面的重视。究其原因在于，根据厚壁接管补强设计标准的要求，其补强材料必须要与壳体材料相同，否则便有可能导致压力容器金属性能的降低，同时也会给压力容器的整体强度水平造成一定程度的影响。在国家规定标准中，对于压力容器的接管有效补强面积、开孔以及开孔补强的面积均有着明确的要求。因此，压力容器设计中，应遵循国家规范标准的要求来进行厚壁接管补强，确保厚壁接管补强的有效性与安全性，以更好地提高压力容器设计质量。与此同时，厚壁接管材料应当与壳体材料等级相同。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实践发现，厚壁接管材料的等级优于压力容器壳体材料的时候，反而会在一定程度上降低强度，因此，从整体性的角度来说，这种情况会对补强结构的整体性能造成不利影响。针对这样的现象，我们可以知道，选择厚壁接管材料的时候，应将壳体材料当作择选标准，选择与壳体材料强度相同的材料。除此之外，若是厚壁接管材料的等级低于压力容器壳体材料，那么在焊接过程中，便会在一定程度上影响接管补强面积，从而对补强设计造成一些不利的影响。基于这样的原因，最好选择与压力容器壳体材料相同的厚壁接管材料，才能确保厚壁接管补强的效果与质量。
2.2压力容器设计中整体锻件补强的应用
整体锻件补强通常情况下应用于要求相对较高的压力容器，如果开孔补强不适合应用局部补强设计，也可以应用整体锻件补强。开孔补强设计的主要目的便是对因为开孔而导致的强度削弱实施有效的补强，以避免应力集中而导致的故障。通常来说，在条件相同的情况下，采取整体锻件补强技术，便可以在一定程度上降低壳体应力，还可以降低应力的峰值，也不会出现新应力点，这也是整体锻件补强的优势所在。由此可见，整体锻件补强的效果十分显著。然而，虽然压力容器设计中整体锻件补强有着良好的应用效果，但考虑到壳体过渡要求，必须对整体锻件补强进行严格的质量控制，如，应确保壳体过渡的平缓性，以避免壳体一侧出现应力集中的问题。除此之外，压力容器焊接过程中，对焊缝有着十分严格的要求，必须有良好的连续性、无沙眼，因此，整体锻件补强的加工制造过程十分严格，成本相对较高，难度也比较大，其应用较少。
2.3压力容器设计中补强圈补强的应用
压力容器设计中，局部补强是较为常用的一种开孔补强设计手段，通常采取补强圈补强设计。补强圈补强，主要是对补强板进行焊接，并要有效把握开孔处容器壁、压力容器接管壁，也就是确保两者的金属厚度，以提高金属开孔边缘的强度，达到补强目的。应用补强圈补强的过程中，由于内部补强、外部补强的可操作性强，且难度较低，因此，通常来说，主要采取外部补强。实践表明，采取外部补强，确实可以使压力容器的抗疲劳强度得到一定的增强。与此同时，根据补强圈补强的要求，实际进行补强操作的过程中，必须确保补强板可以满足设计厚度的要求，尽可能地将其控制在开孔处厚度的1.5倍之内，以避免焊接角的出现，预防不连续应力的出现。此外，对于补强材料也有着一定的要求，补强板材料的延展性、塑性应当满足标准的要求，具体来说，常温状态条件下，屈服强度ReL应当在540兆帕以下。但需要注意的是，在温度高、介质毒性高、腐蚀性强、铬钼钢或者是承受荷载变化频繁等环境下，不宜采用补强圈补强。
3结束语
在压力容器设计过程中开孔补强是一种非常关键的操作环节之一，设计效果与压力容器的使用性能之间有着紧密的联系，为此在开孔补强的设计过程中应当充分考虑到压力容器的具体使用情况，选择合适的开孔补强方式，对此进行充分运用，充分避免在应力集中运用过程中出现的可能影响到容器壁状态的问题，在开孔补强设计中出现的方法上从安全与可靠的角度提升压力容器开孔补强设计效率，从而最大限度地发挥使用性能，从而在后期压力容器的检修与维护中能够方便有效地进行，最终促进生产活动的积极有效开展。
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论文作者:刘彦君
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/1/7
标签：补强论文; 压力容器论文; 开孔论文; 壳体论文; 应力论文; 面积论文; 强度论文; 《基层建设》2018年第35期论文;