在薄壁压力容器器壁上开孔,不但削弱了容器的材料强度,而且导致容器局部应力集中,成为容器破坏的重要因素之一。国标设计中考虑容器开孔补强的安全性尽管有了一系列规定,但对影响安全诸因素的随机性考虑较少,而可靠性设计把影响安全的参数作为随机变量,依据概率统计把安全性与经济性统一进行设计计算。通过实例计算与分析对比表明,可靠性设计在保证可控的故障概率下,容器的成本投

第 1 0卷

第3 6期

21 0 0年 1 2月

科

学

技

术

与

工

程

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薄壁压力容器开孔补强的设计计算与可靠性分析林玉娟李继伟江雪(北石油大学机械科学与工程学院，庆 13 1 )东大 6 3 8

摘

要

在薄壁压力容器器壁上开孔，不但削弱了容器的材料强度，而且导致容器局部应力集中，成为容器破坏的重要因素

之一。国标设计中考虑容器开孔补强的安全性尽管有了一系列规定，对影响安全诸因素的随机性考虑较少，可靠性设计但而

把影响安全的参数作为随机变量，依据概率统计把安全性与经济性统一进行设计计算。通过实例计算与分析对比表明， 可靠性设计在保证可控的故障概率下，容器的成本投资相对常规设计计算得到了进一步优化，符合工程实际的现实要求。 关键词压力容器开孔补强 可靠性设计计算

中图法分类号

T 4; H 9

文献标志码

A

在压力容器的设计中，由于工艺操作上的要求，常常要求容器开孔和连接接管，般来说，一容器除了受内压作用外，开孔和接管上还有各种外载在荷及温度的作用。因此，开孔以后不但削弱了器壁强度，并且在开孔周围产生很高的局部峰值应力， 通常可达正常应力的三倍，时达五到六倍。虽然有

数作为随机变量处理，用概率统计方法进行设计运

计算，所得结果往往符合工程实际的安全与经济性要求。

1可靠性分析的理论基础]通过实践经验表明，料强度 r材料承受的材和

容器的破坏常常是因材质、造和检验等原因引起制的，是，孔附近存在这样高的局部应力也是容但开器破坏的一个相当重要的原因。因此，器开孔是容一

应力 S都为随机变量，一般服从正态分布，相应的其均值和标准差分别命其为，及，, 则应用应力强度干涉模型，有“则联结方程”:u: M

个非常重要的问题。目前已经允许开设

大于简

体壁厚的孔，一般限制其开孔与筒体直径比 d D在/j分之一以内。压力容器设计的基本要求是安全一

———————二,

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2

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性与经济性的统一。安全是前提，济是目标，经在充分保证安全的前提下尽可能做到经济。经济性包括材料的节约，济的制造过程，济的安装经经维修。

般情况下，多元函数即功能函数可表示为：=

- 1 2…, )厂，, ( () 2把功能函数在均值点。 处用泰勒级数展开，=忽

略两次幂以上的函数项，得到函数的均值和标可准方差：。

压力容器的国标设计方法中，规设计方法总常是把各种参数，材料的强度、部件的尺寸、受如零所的载荷等参数视为确定量，对各种条件的变化而引起参数发生微变的随机因素缺少考虑。而可靠性r O z:

=】 2…, ) ,,

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( 4 )

设计考虑了各种随机变化的因素，全部或部分参将21 0 0年 l O月 9日收到，(月 2日修改 1 ) 0

2薄壁压力容器开孔的可靠性分析圆筒形容器承受两项应力，别为周向应力和分