压力容器常用开孔补强方法对比分析
详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求
详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求引言压力容器上的开孔不仅影响结构强度，还会因为接管有着各种载荷所产生的应力、温度应力，以及容器材质和制造缺陷等因素的综合作用，往往是造成容器破坏的根源，所要解决这些问题，就必须了解开孔补强中的规定以及要求。
1.压力容器补强结构解析与一般规定压力容器的补强结构可分为：补强圈搭焊结构和整体补强结构。
1.1补强圈搭焊结构补强当容器采用补强圈搭焊结构时，其应当符合的基本的条件为，容器壳体名义厚度不得大于38mm补强圈的材料厚度不得大于1.5 倍容器壳体的厚度尺寸；使用低合金钢的标准抗拉强度应当小于540MPa若条件许可，优先举荐使用厚壁管代替补强圈进行补强。
当容器为低温压力容器的时候，补强接管应当尽可能采用后壁管进行补强，焊接焊缝应当使用全焊透结构，且焊缝圆滑过渡；带补强板的接管与容器器壁的连接接头应当符合相当于HG/T20583中的G28 G29 G30 G33的要求。
补强板采用与器壁相同的材料，带补强板的结构不得用于容器器壁厚度大于30mm 的场合，也不适用于设计温度低于-40°的场合。
带补强圈的接管与壳体的连接，以及补强圈与壳体搭接的角焊接头壳采用GB15 0中所示结构进行，且接管端部应与容器表面齐平，端部内角应当打磨成R不小于3mm勺圆角。
?a 强圈虽然结构简单，易于加工，但是补强效果较差，补强圈与壳体之间勺间隙不可避免，同时虽然补强圈上设有排气孔，但是补强圈结构在最终勺热处理后应力缺很复杂。
1.2整体补强结构补强当具有下列条件时，应当采用整体补强或者局部整体补强。
①高强度钢(标准抗拉强度大于540MPa和铬钼钢(如15CrMoR 14Cr1MoR 12Cr2Mo1R 制造的压力容器；②补强圈勺厚度大于1.5 倍容器壁厚度；③设计压力大于或者等于4MPa的第三类容器；④容器的壳体壁厚大于或者等于38mm；⑤疲劳压力容器或者容器盛装介质为毒性的高位介质容器。
不同标准大开孔补强计算方法的分析比较
于２ ． ２ 倍 许 用应 力 。基 于 上 述分 析 ， 对 于 内压
下 圆柱壳 开孑 Ｌ 补 强 问题 ， 一 次 局 部 薄膜 应 力 强度 的设计 准则 如下 ：
￥ 占双林 ， 男， １ ９ ７ ９年 ９月 生 ， 工 程 师 。北 京 市 ， １ ０ ０ ０ ８ ５ 。
２ ０ １ ｌ的 压 力 面积 法 、 Ａ Ｓ ＭＥⅧ ． １附 录 １ — ７的膜 一弯 曲应 力 法及 ＡＳ ＭＥ Ｗ一 １附 录 １ — １ ０的 压 力 一面积 应 力
法 是 目前 解 决 该 问 题 的 几种 计 算 方 法 。通 过 对 ４种 方 法 的计 算理 论 和 应 用 于 实 际结 构 的 计 算 结 果 进 行
内， 校 核大 开孔结 构 的安 全性 ’ 。 文献 ［ ６ ， ７ ］ 中的应 力分 类 法是 将 一次 局 部 薄 膜应 力控 制在 １ ． ５倍许 用 应 力 以内 ， 此 设 计 准 则 的提 出是 基于简 单梁 的理论 。 由于压力 容器绝 大
通常 可采用 常规 的等面 积补强 法对 壳体 上开 孔率 不大 于 ０ ． ５的小 开 孔 进 行 补 强 计 算 ’ ， 容 器壳 体开 孔 以后 ， 由 于部 件 之 间 的变 形 协调 必 将 在 开孔边 缘引起 局 部 的弯 曲应 力 ， 这 种 弯 曲应 力
文献 标 识 码 Ａ
文章编号
０ ２ ５ ４ — ６ ０ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － ０ ７ ４ ８ － ０ ５
在压 力容器 筒体 上开 孔接管 对容 器 的不 利影
１ 不 同计算 方法 的分析 比较 １ ． １ 分 析法
响主要有 ３方 面 ： 一 是 开孔 削 弱 了容 器 壳 体材 料
压力容器的开孔与补强
第13章 压力容器的开孔与补强本章重点内容及对学生的要求：（1） 回转壳体上开小孔造成的应力集中； （2） 开孔补强的原则、补强结构和补强计算； （3） 不另行补强的要求；（4） GB150-98对容器开孔及补强的有关规定。
第一节 容器开孔附近的应力集中1、 相关概念（1）容器开孔应力集中（Opening and stress concentration ）在压力容器或设备上开孔是化工过程操作所决定的，由于工艺或者结构的需要，容器上经常需要开孔并安装接管，例如：人孔、手孔、进料与出料口等等。
容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下列影响：◆ 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。
◆ 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。
◆ 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。
上述三种因素均使开孔或开孔接管部位的引力比壳体中的膜应力大，统称为开孔或接管部位的应力集中。
（2）应力集中系数（stress concentration factor ）常用应力集中系数Kt 来描述开孔接管处的力学特性。
若未开孔时的名义应力为σ，开孔后按弹性方法计算出的最大应力为σmax ，则弹性应力集中系数为：σσmax=t K （1） 压力容器设计中对于开孔问题研究的两大方向是： ✧ 研究开孔应力集中程度，估算K t 值；✧ 在强度上如何使因开孔受到的削弱得到合理的补强。
2、平板开小孔的应力集中Fig. 1 Variation in stress in a plate containing a circular hole and subjected to uniform tension设有一个尺寸很大的巨型薄平板，开有一个圆孔，其小圆孔的应力集中问题可以利用弹性力学的方法进行求解。
承受单向拉伸应力开小圆孔的应力集中如图1所示，只要板宽在孔径的5倍以上，孔附近的应力分量为：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσθθ2sin 32122cos 312122cos 34121242224222422222r a r a r a r a r a r a ra r r （2） 平板开孔的最大应力在孔边 2πθ±=处， 孔边沿a r =处：σσστπθθθ3,0max 2===±=r应力集中系数：0.3max==σσt K 3、薄壁球壳开小圆孔的应力集中如图2所示，球壳受双向均匀拉伸应力作用时，孔边附近任意点的受力为：Fig. 2 Variation in stress in a sphere shell containing a circular hole孔边处r=a ，σσ2max = , 应力集中系数0.2max==σσt K 4、薄壁圆柱开小圆孔的应力集中如图3所示，薄壁柱壳两向薄膜应力δσ21pD =，δσ42pD =，如果开有小圆孔，则孔边附近任意点的受力为：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσσθθ2sin 32142cos 3141432cos 34122312422214212242222122r a r a r a r a r a r a ra r r （3）Fig. 3 Variation in stress in a cylindrical shell containing a circular hole孔边处r 1r 3r=a,=0,=(-con2),=02θθσσθστ。
厚壁圆筒强度及开孔补强的分析与讨论
２０２０，３０（６）张皓斌 厚壁圆筒强度及开孔补强的分析与讨论 厚壁圆筒强度及开孔补强的分析与讨论张皓斌 华陆工程科技有限责任公司西安７１００６５摘要 本文简要介绍厚壁圆筒体厚度计算的两种方法：按拉美公式和Ｔｒｅｓｃａ屈服准则进行设计，并对采用两种计算方法得到的结果进行分析、对比，指出厚壁圆筒体厚度应按Ｔｒｅｓｃａ屈服准则进行设计，可以更充分地发挥材料的承压潜能，是更为合理的设计。
同时对圆筒体上常用的三种开孔补强方法：等面积补强法、应力分类法及极限载荷法进行简要介绍，并通过算例对按照三种补强方法计算得到的结果进行分析与总结，指出每种方法在计算时的优劣势，对以后的工程设计起到一定的指导作用。
关键词 厚壁圆筒 拉美公式 Ｔｒｅｓｃａ屈服准则 等面积补强法 应力分类法 极限载荷分析法张皓斌：工程师。
２００５年０７月毕业于西北大学过程装备与控制工程专业。
主要从事化工压力容器设计与管理工作。
联系电话：（０２９）８７９８９２２９；Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｂ２０７５＠ｃｈｉｎａｈｕａｌｕｅｎｇ ｃｏｍ。
在工程设计中，为处理问题方便通常将整体式圆筒分为厚壁筒和薄壁筒。
一般将Ｋ＝Ｄｏ／Ｄｉ≤１ ２称为薄壁筒，将Ｋ＝Ｄｏ／Ｄｉ＞１ ２称为厚壁筒。
薄壁圆筒强度设计的理论基础是旋转薄壳的无力矩理论，因此计算的应力都是沿壁厚均匀分布的薄膜应力，且忽略了垂直于容器壁面的径向应力。
由于薄壁圆筒的计算公式简单、计算方便，所以在工程中得到了大量的应用。
同时为了解决部分厚壁筒体采用薄壁公式时引起的较大误差，采取增大计算内径，将圆筒计算中的内径修改为中径，扩大了公式的使用范围。
经计算当Ｋ＝１ ５时，由中径公式计算的应力值与拉美公式环向最大应力（内壁处）的计算值相差仅３ ８％，此误差在工程设计的允许范围内，所以我国的ＧＢ／Ｔ１５０ ２－２０１１和ＪＢ４７３２－１９９５标准中给出的中径公式范围都是Ｋ小于等于１５。
厚壁圆筒强度设计的理论基础是由弹性力学应力分析导出的拉美公式。
浅论压力容器中的开孔补强设计
浅论压力容器中的开孔补强设计压力容器在其设计中，为了将自身的使用功能进行最大化的发挥，需进行适当的开孔处理。
但是不可否认的是，开孔处理将会对容器造成一定的损伤，对其牢固度将会形成一定的不利影响，针对此类问题的出现，相应的补强设计便是对其所带来的不利影响进行较为科学妥善的处理。
1 开孔补强设计的重要性在进行压力容器设计时，开孔处理操作极为常见。
在通过状况之下，开孔处理主要是为后期的接管安装提供便利，对容器的功能性需求予以满足。
有时为了对整个压力容器进行全面维修、养护、调试，也需进行开孔处理。
而开孔处理会对整个容器的内部结构及其使用性能产生一定的不利影响，通常会使得容器整体的抗压性遭到削弱。
此种情况出现的主要原因为：在开孔处理后，压力容器内部存在的应力出现了断层差异。
而在开孔处进行接管，也会使得容器内部出现受力不均的状况。
另外大部分的压力容器应用于一些温度、压力均高的环境之下，应力、受力不均问题更为突出，再加上受到一些容器材料等多种因素的影响，整个容器性能将会受到极大的损害。
在容器的应用工作中，其工作质量、效率也较差。
所以，在对相关设计规范内容充分理解、遵守的前提之下，对容器进行开孔补强设计极为重要。
2 开孔补强设计在压力容器设计中的应用2.1 补强圈补强设计的应用在开孔补强处理中，局部补强方式应用较多，其中补强圈补强设计应用范围较广。
补强圈补强主要是指在压力容器壁上进行补强板的焊接处理，从而帮助进一步增强整个容器板的金属厚度，促使其开孔边缘强度得以增强，最终达到补强目的。
在补强圈补强方式应用中，有两点问题需着重关注：第一，补强板的设计厚度需严格要求。
一般情况下，补强板的厚度值与整个容器的开孔名义厚度值相比，应不超过其1.5倍。
大量的实践结果表明，如果补强板的厚度值大于开孔名义厚度的1.5倍，那么在进行焊接处理时，极易因为厚度过大而增大器焊接角，最终导致出现不连续应力过大的问题。
另外，在进行补强圈补强设计时，补强板材料需具有极强的塑性、延伸性，且其钢材的屈服强度在常温环境下应保持在400MPa范围内。
压力容器开孔补强方法
压力容器开孔补强方法作者：马军伟来源：《中国新技术新产品》2015年第11期摘要：在工程应用中经常需要为满足各种工艺和结构上的要求在压力容器上开孔和安装接管。
容器开孔以后，开孔的地方会形成较大应力，这时需要进行补强，本文列举了一系列容器开孔方法，如等面积法、分析法以及压力面积法等。
关键词：大开孔；补强；压力容器中图分类号：TQ050 文献标识码：A1 前言随着石油化工技术以及海洋和空间等技术的发展，压力容器结构也不再像传统容器结构那样简单。
工艺以及结构需求的不同，使得容器的许多受压元件均要开孔接管，有时还需设计直径大于800mm的大开孔。
容器通过进行开孔，可以减弱其整体强度，使开孔边缘应力过于集中。
按照JB 4732规范提到的应力分类，容器开孔后的应力有以下几种：相贯线壳体变形造成的应力及峰值应力等等。
在容器设计制造中，国内对容器接管开孔补强一般采用以下几种方法：补强圈补强及厚壁接管补强等。
当补强圈补强与壳体厚度相等时，补强圈由于面积过大从而不能集中补强，而且壳体本身和壳体上的其它部件通常也会限制补强圈面积，因此补强圈补强一般适用于容器应力水平低，材料塑韧性好，且容器的工作条件比较优良的场合。
当采用厚壁接管补强时，由于接管与筒体的壁厚相差较大，增大了现场焊接难度和制造成本，若再出现接管力和接管弯矩作用时，接管的设计壁厚将急剧增加，将无法实现接管壁厚补强，因此接管壁厚补强一般适用于像仪表口等小直径接管的补强；而整体锻件补强由于受到锻件制造工艺的约束，目前一般用于封头人孔接管的补强，其结构尺寸大（DN500），成本高，制造难度大，周期长。
以上几种补强对小直径接管来说，优势非常明显。
但对于容器直径较大的（>800mm）开孔接管补强，会因为它的根部峰值应力过大，使得装置运行后，造成容器衬里脱落，甚至可能会造成装置停车。
从这个角度来看，传统的接管补强方法已经不能满足大型化装置。
针对以上情况本文介绍几种常用的压力容器大开孔计算方法。
浅谈压力容器设计中常用三种开孔补强方法的区别
浅谈压力容器设计中常用三种开孔补强方法的区别
赵国龙
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2016(000)003
【摘要】在压力容器的设计中,对于壳体的开孔补强,常用的有等面积法、分析法和压力面积法这三种方法,从每种方法的适用范围与出处进行比较区分,以明确各种方法的应用场合及内在的区别与联系.
【总页数】2页(P221-222)
【作者】赵国龙
【作者单位】广西合浦南方机械设备有限公司,广西北海536100
【正文语种】中文
【中图分类】TG441.3
【相关文献】
1.开孔补强方法在压力容器设计中存在问题分析 [J], 刘文娟
2.浅谈压力容器设计中开孔补强设计的应用 [J], 易辙
3.开孔补强技术在压力容器设计中的应用 [J], 张磊; 曹野
4.压力容器设计中开孔补强设计的应用分析 [J], 赵博
5.压力容器设计中开孔补强设计探析 [J], 张皓斌
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
压力容器开孔补强用压力面积法和等面积法的分析和比较
压力容器开孔补强用压力面积法和等面积法的分析和比较仲砒广州工程有限公WL广东广州f［摘要］本文主要通过对压力容器开孔补强用压力面积法和等面积法的的分析和比较，展现两种补强方法的差异，以及在工程应用中应该注意的问题。
［关键词］压力容器；开孔补强；压力面积法：等面积法补［中图分类号］TQ［文献标识码］A［文章编号］1007-1865(2019)21-0107-01Analysis and Comparison of Pressure Area Method and Equal Area Method forPressure Vessel Opening ReinforcementYao Li(Static Equipment,Sinopec Guangzhou Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou510620,China) Abstract:In this paper,through the analysis and comparison of pressure area method and equal area method for the reinforcement of pressure vessel openings, the differences between the two methods and the problems that should be paid attention to in engineering application are presented.Keywords:pressure vessel:opening reinforcement；pressure area method；equal area method1前言压力容器为了操作和检修会设置各种大小的开孔接管，容器开孔处因结构不连续承载强度受到削弱会产生较大局部应力，再加上接管上会有各种附加载荷产生的应力、温差应力以及容器材质和制造缺陷等因素的综合作用，往往是容器的薄弱位置，成为容器破坏的原发部位，所以要对开孔接管处进行开孔补强。
压力容器开孔补强设计分析
2018年04月压力容器开孔补强设计分析郝立广（河北正元化工工程设计有限公司，河北石家庄050061）摘要：本文对压力容器开孔补强设计进行了分析，探究了几种比较常用的方法，并对其结构形式等进行了探究，以期为相关人员提供有益的参考。
关键词：压力容器；补强设计；技术探究在对压力容器进行设计时，需要考虑的因素比较多，包括容器制造、施工工艺、维修检测等。
同时，还需要对压力容器进行开孔操作，并将管子、凸缘等与孔洞进行连接。
但在实际开孔时，会对容器壳体的应力造成影响，导致孔边的部分区域存在明显的应力集中问题。
而在壳体与管子连接处会产生不连续的应力，且在不等截面的影响下，使得拐弯处也会存在应力集中的问题。
在这种情况下，使得开孔处附近存有高应力的情况，为了保障压力容器的质量，需要进行开孔补强设计，避免因应力的影响而出现质量隐患。
1优化开孔补强设计方法1.1等面积补强法该法是以受拉伸的大平板上开小圆孔为计算模型的，开孔边缘局部薄膜应力是保障开孔局部截面的静力强度或防止失稳。
同时，在对壳体进行补强时，需要以补强一次产生的总平均应力为基准。
若开孔较小时，其应力集中系数也比较小，且开孔附近的应力以薄膜应力为主。
由此可知，其假设条件成立，可以应用在补强工作中。
但逐渐增加开孔直径时，会使得开孔附近的应力集中系数增大，孔边存在很大的薄膜应力，还存在很高的弯曲应力，因此使用等面积补强计算时，各种壳体上所允许开孔的最大直径应符合GB/T150.3-20116.1.1条规定。
1.2分析法GB/T150.3-2011中6.6节“圆筒径向接管开孔补强设计的分析法”是根据弹性薄壳理论得到的，在进行设计时，需要对塑性极限以及安定进行分析，从而获得实际数值。
同时，可采用一次加载和反复加载的方式，保障塑性承载能力与安定的适宜性，以提高壳体开孔的安全性。
利用分析法模型假定接管和壳体是连续的整体结构，因此在使用分析法时，接管及加强件与壳体应为全焊透结构且整个补范围的焊接接头不得存在超标缺陷。
压力容器开孔及补强设计
平板开椭圆孔的应力集中
1、几点结论
•在球壳上开圆孔的应力集中系数（ ）小于开
椭圆孔的应力集中系数（
）
•在圆柱壳上开圆孔时的应力集中系数（
）
•若要开设椭圆孔，则应使椭圆孔的长轴与壳体
轴线垂直此时（
）
压力容器开孔及补强设计
内压壳体开孔的应力集中
•由于开孔后多焊有不同厚度的接管，应力集中系 数比较复杂，采用理论计算和实验测定相结合的 办法。
•当 越大，即开孔直径越大时应力集中系数越高。 相反，减小孔径，增大壳壁厚度均可降低应力集 中系数。 •内伸式接管的应力集中系数较低，尤其是内伸接 管壁厚较厚时能有效地降低应力集中。
压力容器开孔及补强设计
内压壳体开孔的应力集中
过小或过大时上述曲 线均会有较大的误差
球壳带平齐式接管的应力集中系数
壳壁过厚，即 过 小时，应力沿壁厚分 布的不均匀性增大， 应力集中系数将明显 比图示值减小
(mm)
检查孔最少数 量
检查孔最小尺寸(mm)
人孔
手孔
备注
300-500 500-1000
>1000
手孔2个
人孔1个或手孔 2个(当容器无法
开人孔时)
人孔1个或手孔 2个(当容器无法
开人孔时)
Ф400或长 圆孔
400×250， 380×280
Ф400或长 圆孔
400×250， 380×280
Ф75或长 圆孔
•（2）两相邻开孔中心的距离(对曲面间距以弧长计算)应 不小于两孔直径之和的两倍；
•（3）接管公称外径小于或等于89mm；
•（4）接管最小壁厚满足下表3-9的要求。
接管公称 外径
25 32 38 45 48 57 65 76
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第 1 页 共 4 页
压力容器常用开孔补强方法对比分析
压力容器一旦发生事故，危害很大，因此压力容器的开孔补强设
计显得尤为重要。对于压力容器的开孔补强计算方法一般有两种：一
是等面积法，二是分析法。本文对这两种方法作以比较和分析。
在石油化工行业中，压力容器上的开孔是不可避免的，如要开进
料口、出料口、人孔等。容器开孔后，一方面由于器壁承受载荷截面
被削弱，引起局部应力的增加和容器承载能力的减弱；另一方面，器
壁开孔和接管也破坏了原有结构的连续性，在工艺操作条件下，接管
处将产生较大的弯曲应力，开孔边缘会出现很高的应力集中，形成了
压力容器的薄弱环节。因此，设计上必须对开孔采取有效的补强措
施，使被削弱的部分得以补偿。
开孔补强基本原理
2.1.等面积法
该法是以受拉伸的开孔大平板作为计算模型的，即仅考虑容器壳
体中存在的拉伸薄膜应力，且以补强壳体的一次总体平均应力作为补
强原则。当开孔较小时，开孔边缘的局部应力是以薄膜性质的应力为
主的，但随着壳体开孔直径增大，开孔边缘不仅存在很大的薄膜应
力，而且还产生很高的弯曲应力。
等面积法的开孔补强结构所形成的应力集中在某一区域内，当离
孔边缘的距离越大，越接近薄膜应力。它的特点是：角焊缝，具有应
力突变，易产生应力集中点，受力状态不好。
2.2.分析法
这种补强方法是以壳体极限分析为基础的，相对等面积法合理得
多，但须受开孔壳体和补强接管的尺寸限制。这种方法优点是：克服
第 2 页 共 4 页
等面积法的缺点，在转角处采用圆滑过渡，减少结构形状的突变，减
小应力集中程度。将补强面积集中在应力最高点，充分利用补强面
积，使补强更经济、合理。
对比分析
3.1.等面积法
等面积法顾名思义：壳体截面因开孔被削弱的承受强度的面积，
须有补强材料予以等面积补偿，其实质是壳体截面因开孔丧失的强
度，即被削弱的强度面积A乘以壳体材料在设计温度下的许用应力
[]t，即A[]t，应由补强材料予以补偿，当补强材料与壳体材料相同
时，则补强面积就等于削弱的面积，故称等面积法。
由于该方法仅从计算截面的一次平均应力概念出发，只考虑壳体
计算截面的承载能力与内压的平衡，因此是属于满足静力强度的简单
方法。它对开孔结构安定性的保障是通过双向受拉伸的无限大平板开
孔问题所导出的孔边应力集中系数3的模型近似加以考虑的，不过，
此法由于长时间的使用，一般压力容器使用条件也能满足安定性要
求，因此在工程设计中有着广泛的应用。
3.2.分析法
该方法是基于较复杂的壳体极限分析方法，即根据塑性失效的观
点，假定部件由弹性理想塑性材料构成，认为结构在相当多的部分发
生屈服前不产生变形，且不考虑残余应力对结构的影响。当加载时，
最初材料呈弹性变形，随着载荷的继续增加，将在某处产生屈服。当
载荷进一步增加时，屈服层便扩展以至增加到足以引起恒定载荷作用
下产生流动，这时的载荷便称作极限载荷，其分析方法也称作极限分
析法。
第 3 页 共 4 页
由于该方法仅从开孔结构的极限载荷出发，也是一种考虑静力强
度的计算方法。采用此方法计算时，其开孔附近应力集中区的最大应
力将允许有较高的许用值，结果将使开孔附近的最大应力作用沿着整
个壁厚方向发生屈服，但是，由于它是局部的，因而不会导致容器失
效。
从以上数据可以看出，分析法无论从受力、还是补强厚度上都比
等面积补强法优越得多，但分析法无论从选材还是制造上要求都很严
格，必须将接管根部与壳体连接处做成一整体结构，适合于高压容器
的开孔补强，而等面积补强法更适合中低压容器的开孔补强。
适用范围
4.1.等面积法
适用于压力作用下壳体和平封头上的圆形、椭圆形或长圆形开
孔。当在克体上开椭圆形或长圆形孔时，孔的长径与短径之比应不大
于2.0。
4.1.1.对于圆筒
当筒体内径Di1500mm时，开孔最大直径dopDi，且dop520mm；
当筒体内径Di＞1500mm时，开孔最大直径dopDi，且
dop1000mm。
4.1.2.凸形封头或球壳的开孔最大直径dopDi。
4.1.3.锥形封头开孔的最大直径dopDi，Di为开孔中心处的锥体
内直径。
注：开孔最大直径dop对椭圆形或长圆孔开孔指长轴尺寸。
4.2.分析法
第 4 页 共 4 页
本方法是根据弹性薄壳理论得到的应力分析法，用于内压作用下
具有径向接管圆筒的开孔补强设计，其适用范围如下：
4.2.1.d0.9D，且max[0.5,d/D]et/e1.5。
设计举例
在牙哈项目中设计的12.6-12006000高压计量分离器，它的设计
条件是：设计压力为12.6MPa，设计温度为50℃，筒体直径为
DN1200mm，开孔从DN25～DN400不等。下面以一个DN450开口接管为
例说明密集补强法的优越性：首先按照内压容器计算公式，如果开
DN450的孔，采用等面积法，由于开口补强，筒体厚度应为64mm，如
果按照分析法计算，同样接管厚度为48mm不变的情况下，筒体厚度为
58mm，减薄了6mm。
通过以上分析比较，容器除了受内压外，在接管上还有各种外载
及温度的作用，因此，开孔以后不但削弱了器壁强度，并在开孔周围
产生了局部峰值应力，其数值很大，通常达到正常应力的5-6倍，因
此容器破坏除了因材质、制造等原因引起以外，开孔附近应力集中也
是容器破坏的一个相当重要的原因。压力容器往往是石油、化工生产
中的主要设备，制造要求较高，金属消耗量大，因此设计时要根据使
用条件、制造、安装等全面考虑。针对某一点的应力状态具体分析，
使筒体的开孔补强计算更经济、合理、减少投资，因此正确计算开孔
附近局部应力大小并选择恰当的的补强计算方法是非常重要的。