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1. 研究目的与意义

压力容器被广泛地应用于与国民经济、民生有密切联系的石油、化工、轻工、医药等行业,它的安全运行与否直接影响到人民生命财产的安全。在压力容器设计中，由于结构和工艺上的要求，需要开孔安装接管，如人孔、手孔、介质出入口、排污口等。容器开孔后，由于其结构连续性的破坏，会使其开孔边缘产生很高的局部应力。为了降低开孔边缘的应力，需在开孔边缘处进行补强。开孔补强的强度计算是保证压力容器安全运行的前提之一.

对压力容器的开孔,大部分国内外规范都是以等面积法将开孔对容器的削弱予以补强.对于受压筒体开孔率＞0.5的大开孔及其补强问题,在gb15098中没有相应的设计规定。由于大开孔后,孔边缘不仅存在大的薄膜应力,同时还会产生很高的弯曲应力,因此以受拉伸开孔大平板为计算模型的等面积补强法是不适用的。现阶段,我国一般采用的压力容器大开孔(开孔率不超过0.8)补强设计计算方法是原西德ad[1]规范(受压容器规范)中用的压力面积法和美国asmeⅧ第一册与2001年提出的新的圆筒壳体上大开孔补强设计方法。而这两种方法都有各自的局限性。

近些年来计算机技术的飞速发展和数值计算技术的长足进步，出现了cad、cae技术。在众多的cae软件中，ansys是目前国际上最流行的有限元分析软件之一。它是第一个通过iso9001质量认证的大型分析设计类软件，是asme和美国核安全局及近20种专业技术协会认证的分析软件。它在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院17个部委推广使用。所以基于ansys对大开孔补强应力进行有限元分析是非常必要的，也是具有创新性的。

2. 国内外研究现状分析

国外对于压力容器大开孔补强问题研究的比较早，上个世纪后半页前苏联的有关科技人员就对此问题进行了大量的分析研究。进来国际上基本形成了结合原西德ad[1]规范和amse2001年提出的大开孔补强设计方法的综合分析方法。随着计算机技术在工程力学方面的应用越来越广泛，出现了ansys等有限元分析设计方法。

在国内，2004年，田华对于压力容器大开孔补强结构强度的问题利用压力面积法和ansys有限元分析两个方面进行了研究，认为有限元法对于大开孔补强设计是合理和安全的。2009年，童少华等对内压容器开孔整体锻件补强结构设计及强度计算从压力面积法和asme法两个方面进行了研究，给出了适用于球罐、高压容器等设备的开孔补强设计方法。同年，卢明万等用ansys对asme大开孔分析方法进行了验证后发现，除了asme法给出的绕圆筒母线的弯矩，还有一个数值上差不多的绕接母线的弯矩，并给出了一种新的大开孔计算方法。2011年，关庆贺通过ansys软件对压力容器的开孔补强结构优化设计进行了分析，在比较ansys结论和实验数据后认为ansys有限元分析对应力场分布能够产生更好的理论预测，同时，对开孔补强结构中补强圈与壳体间的接触行为进行了探讨并得出结论：接触应力沿边缘向中心呈逐次递增的梯度分布，如果补强圈与壳体之间的间隙值小于补强圈厚度的4％，则其影响并不显著；若间隙值达到或大于补强圈厚度的8％，则与连接过度区的最大应力密切相关，即导致应力集中程度的提高。此外，张红才通过分析认为由于压力面积法中没有考虑弯曲应力的限制,将其用于大开孔补强设计时有时不可靠。实际压力容器大开孔补强结构应有较大的安全系数,用asme法和有限单元法进行大开孔补强设计是合理和安全的。马宁以减压塔转轴线开孔为例，采用有限元分析方法对薄壁圆筒大开孔补强结构进行研究，给出了一种新型的开孔补强结构设计，并证明这种新型的补强结构不仅满足强度要求，并且节省补强材料。

分析目前众多的研究结果可知，对于压力容器大开孔补强问题，压力面积法不如asme法可靠，而新的有限元分析法有可能提供比这两种方法更可靠更经济的设计。

3. 研究的基本内容与计划

4. 研究创新点

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