基于ANSYS Workbench的壓力容器長圓形視鏡開孔補強應力分析

晏彥忠

（湖南化工設計院有限公司，長沙 410000）

由于工藝需要和設備檢修等原因，壓力容器殼體上通常需要開設一定數(shù)量的孔以用來焊接接管或凸緣等。開孔削弱了殼體的強度，應進行開孔補強計算，開孔補強通常采用GB/T 150.3—2011 中的等面積補強法，但等面積補強法有很多限制條件，比如在殼體上開橢圓形或長圓形孔時，孔的長軸與短軸之比應不大于2.0[1]。某臺壓力容器筒體上需要開設長軸與短軸之比為6 的長圓形視鏡孔，無法按GB/T 150.3—2011 進行設計計算，對于無法按GB/T 150.3—2011 設計計算的情況，GB/T 150.1—2011 給出了三種設計方法，分別是附錄C 以驗證性爆破試驗確定容器設計壓力、附錄D 對比經(jīng)驗設計方法和附錄E 局部結構應力分析和評定。本文基于ANSYS Workbench 對長軸與短軸之比為6 的長圓形視鏡開孔補強結構進行局部結構應力分析和評定。

1 結構描述

某臺壓力容器設計壓力2.0 MPa，設計溫度250 ℃，容器內(nèi)徑500 mm，筒體長度1 500 mm，筒體厚度32 mm，筒體上有一個長軸為600 mm，短軸為100 mm 的長圓形視鏡，視鏡結構見圖1，零件明細見表1。

2 有限元應力分析

圖1 視鏡結構Fig.1 Structure of sightglass

表1 零件明細Table 1 Specification of parts

因凸緣開孔尺寸超出GB/T 150.3—2011 等面積補強法的范圍，無法按常規(guī)設計方法進行計算，需按JB 4732—1995 的要求進行應力分析與評定。JB 4732—1995 彈性應力分析法要求對應力進行分類，將總應力分解為總體薄膜應力Pm、一次局部薄膜應力PL、一次彎曲應力Pb、二次應力Q、峰值應力F[2]，應力評定時需要滿足：Pm≤Sm，PL≤1.5 Sm，PL+ Pb≤1.5 Sm，PL+Pb+Q ≤3 Sm，其中Sm為設計溫度下材料的許用應力。對于需要進行疲勞分析的設備，還需滿足PL+Pb+Q+F ≤Sa，其中Sa為根據(jù)疲勞設計曲線得到的許用應力幅?！?br>