静设备
石油化工设备技术，2018，39（1）·13· Petro-Chemical Equipment Technology
压力容器非径向开孔结构的
应力分析和强度评定栾德玉，王越，魏星，陈一鸣（青岛科技大学机电工程学院，山东青岛266061）
摘要：压力容器在开孔区域的结构不连续性，使得开孔处会出现应力集中现象，导致局部高应力区。开孔形状对局部应力分布有直接影响。文章采用ANSYSWorkbench有限元软件，对压力容器简体上3种形式的尺寸和位置均相同的非径向开孔结构(即矩形、带圆角矩形和带圆角平行四边形开孔)进行应力分析和强度评定。结采表明：矩形开孔的结构强度最差，带圆角平行四边形结构次之，带圆角矩形结构受力最好。同时可以看出，带圆角矩形开孔的最大等效应力最小，最大变形量与平行四边形相当，体现出圆角矩形开孔的优越性。可为压力容器非径向开孔设计提供一定的参考。
关键词：非径向开孔有限元分析应力分析强度评定 doi:10.3969/j.issn.10068805.2018.01.004
内压作用下，圆柱形筒体接管开孔部位因筒
体与接管连接位置的儿何不连续性，在相费区域会出现较高的集中应力。此情况往往是工业事故发生的直接原因。在应力分析的基础上，采用适宜的设计结构是压力容器安全运行的重要保障
目前，对带有圆形、矩形接管径向开孔的压力容器的研究已有较多的成果[1-71，但是对非径向开孔的压力容器所做的研究工作较少。邹军用有限元分析法研究了非径向接管的非径向角度、接管的厚度、接管内伸长度以及补强圈厚度对开孔区域应力分布和应力集中系数的影响：徐心怡等9分析了内压作用下圆形筒体径向接管与非径向接管的等效薄膜应力与应力集中系数，得到了员形简体非径同接管的两参数均小于同参数下的圆形简体径向接管的结论；林雅岚10]分别利用 SW6一2011和ANSYS对压力容器的非径向开孔进行分析、计算和设计，结果显示有限元数值分析设计效果更好。上述的研究都是针对压力容器常规开孔，本文将分别针对矩形、圆角矩形和圆角平行四边形3种非径向异形开孔，应用有限元软件ANSYSWorkbench，对其开孔区域的应力分布进行研究，分析比较了3种开孔的应力分布情况。根据文献【11]对其应力强度进行评定并进行对比分析，为压力容器非径向开孔的结构设计提供参考。万方数据
1力学模型及技术参数 1.1力学模型
某设计中，旋风分离器圆柱形筒体如图1（a）所示，筒体总长L1460mm，筒体内径D；= 1000mm，容器壁厚9,=10mm，接管壁厚3，= 12mm。接管的安装位置如图1(b)所示，其中H =1160mm,W=280mm,C=570mm。开孔截面为矩形，其截面尺寸如图2所示（不按比例）。
开孔形状对局部应力分布有直接影响。在一定条件下可通过改变开孔形状来改善连接部位的应力分布。为了尽可能降低成本和加工的难度，将矩形开孔改为带圆角的矩形与平行四边形开孔结构。其截面尺寸如图3、图4所示（不按比例）。 1.2技术参数
此压力容器的设计条件和材料特性如表1所示收稿日期：2017-08-11
作者简介：栾德玉，男，1988年毕业于浙江大学化工设备与机械专业·2012年取得山东大学过程装备工程专业博士学位，主要从事过程装备高效技术方面的教学科研工作，副教投，
Email:qddy05@163.com.
基金项目：山东省自然科学基金项目（ZR2014EEM017）；假塑性流体揽拌流场洞穴时空演化规律研究。山东省科技发展计划项目（2013YD09007）：偏心射流与搅拌耦合诱发假塑性流体混沌混合特性研究，