降低压力容器设计制造应力集中的措施

陆道林

摘 要：基于降低压力容器设计制造应力集中的措施研究，首先需要掌握介质性质与生产工艺要求确定材料种类、局部应力分析优化设计选材等设计选材要点，得出倒圆、倒角设计，通过边缘应力降低应力集中等应力集中措施，从而全面阐述应力集中在降低压力容器设计制造中的重要性。

关键词：压力容器;设计制造;应力集中

引言：

至今，压力容器设计制造的过程中，需要保证压力容器的可靠性及使用的安全性。我国需要结合社会发展潮流，对压力容器设计理念及标准进行改造和完善。同时我国还需要技术创新人才，对压力容器设计进行不断创新。社会经济发展的过程中，很多工业都在运用压力容器设备，因此为了提高压力容器设备的安全性。

1.设计选材要点

1.1根据介质性质与生产工艺要求确定材料种类

制造企业在生产过程中，使用压力容器的方式非常多样，对容器结构的要求以及原材料，机械和技术性能也有所不同。因此，在初步设计阶段，有必要先弄清容器的工作条件，然后根据工作温度范围，介质特性和工作压力等参数选择材料，并比较设计规格。其次，有必要优化材料的选择，以及原材料的采购成本和供应周期，选择具有与设计标准相似性能的材料，并进行全面测试和分析，以便替代材料的性能取决于压力容器的操作，请确保在适当的条件下，有效满足压力容器设计要求[1]。

1.2基于局部应力分析优化设计选材

由于压力容器喷嘴中板的打开和预留的维护孔，而破坏了结构的完整性，从而导致局部承受力和应力集中的损失。在设计过程中，原则上应确保这些零件上的载荷不大于材料的使用限度，这将不可避免地导致产生较大的参数，例如容器主体的厚度和直径。除了浪费材料之外，加工和质量控制的难度增加，无法改善容器的质量，从而使运输和提升更加困难。因此，为了分析压力容器的应力集中和薄弱部位，有必要利用计算机技术，一方面可以准确计算出由于开孔引起的壳体承载力损失，并设计出加固技术方案。应合理选择压力容器，局部使用壁厚和其他参数以确保整个结构的承载能力[2]。

2.改善应力集中的合理措施

2.1倒圆、倒角设计

基本计算和实际应力测量表明，在承受外力后，如果物体有小空洞，间隙等，附近的应力将远大于其他零件的值。人们将这种应力集中的增加称为应力集中。为了减小压力容器中的应力集中，在设计压力容器结构时，必须采取有效措施合理地扩大几种电弧半径。圆形或倒角的设计可以通过这一系列措施来避免应力集中，因为多次承受外力作用而发生应力集中。

例如，压力容器喷嘴设计采用的是倒圆角方法，这种设计方法可以将应力集中降低多达30。在设计过程中应采取合理措施，以最小化局部结构开裂所引起的最大应力，如果压力容器中的介质具有易燃易爆性，需要对压力容器所承载温度及压力进行控制。对于超过疲劳损伤或脆性的压力容器，其焊缝裕度要比普通容器严格，针对喷嘴端设计，一定要按照设计要求，对倒角进行设计。但是在设计制造的过程中，避免采用焊接的方式，避免压力容器出现裂缝的现象，同时应该采用支撑板进行支撑，并且安装在支架上。禁止在焊接的过程中，直接焊接，也禁止爆震，处于应力下的组件以避免刻痕效应。另外，在焊接后的热处理过程中，硬化区域变软，氢含量降低，并且整体的结构可能改变，因此可以改善压力容器的机械性能。

在压力容器的设计过程中，大多数情况应根据硬度理论进行，很少有合理的稳定性应用，弹性破坏准确，在计算中应合理采用板膜理论。从分析的角度出发，从应力的角度出发，一般应使用旋转壳体，减少矩形容器的使用。只有在低压，常压或过程有特殊要求的情况下，才應采用密封头的方法。如果在封头设计中主要考虑材料和其他因素，则最好的封头方法是椭圆形封头[3]。

2.2通过边缘应力降低应力集中

如果在压力容器的设计和制造中从边缘应力入手，则应最大程度地减少对所连接组件的严格监督，由于内部压力而进行的自由编程。几何形状的突然变化，会对边缘应力造成影响，同时，结构之前相互约束，在一定程度上会导致边缘的弯矩，可以通过减小均匀载荷下相继构件之间的刚度差来减小应力。在压力容器的设计和制造过程中，对零件进行加工并改进边缘结构，以增加边缘区域的局部含量，提高边缘焊缝的质量，并有效减少附件的部分负荷，并加以防止。应力集中的形状可确保压力容器的质量符合使用标准。例如，连接材料和直径的两个圆柱体的厚度差异很大，是因为在相同的内部压力下变形不一致，从而导致更大的边缘应力。需要将厚圆柱体切细以有效控制边缘应力。在制造过程中对厚零件进行减薄和转换可以改善焊接条件，同时提高焊接质量。

结束语

总而言之，在我国的社会经济发展过程中，压力容器已成为重要使用工具。因此，制造企业需要加强控制压力容器的质量，并且针对制造问题进行深入研究，需要有效解决问题，全面分析压力容器的功能和使用需求，并不断加以改进。并且保证压力容器的安全性，最终实现了压力容器的有效应用。

参考文献：

[1]沈愚，刘科明.压力容器设计及制造过程中降低应力集中的措施[J].化工设计通讯，2020，46（06）：110-111.

[2]朱沙沙，史艳梅.降低压力容器设计制造应力集中的措施[J].化工设计通讯，2016，42（09）：62+83.

[3]段亚平.降低压力容器设计制造应力集中的措施[J].应用能源技术，2010（05）：39-40.

[4]张世有，王霞.压力容器设计及制造过程中降低应力集中采取的几项措施[J].黑龙江医药，2005（03）：195-196.

（南京大化机械经济技术有限公司，江苏 南京 210000）