Укрепление отверстий в оболочках.
Полученные формулы для расчета напряжений при растяжении, сжатии, кручении, изгибе справедливы для сечений аппаратов и деталей, отстоящих на достаточном расстоянии от мест резкого изменения формы тела, отверстий, внутренних углов, выточек и т. п.
В окрестности этих мест происходит резкое увеличение напряжений, называемое концентрацией напряжений.
Максимальное напряжение на краю концентратора напряжений можно выразить так:
, (1)
где s ном - номинальное напряжение в ослабленном сечении, подсчитанное без учета эффекта концентрации;
a - теоретический коэффициент концентрации напряжений, который находится с помощью методов теории упругости или экспериментально.
Например, для растянутой пластины, ослабленной круглым отверстием радиуса r
; (2)
. (3)
При ослаблении пластины эллиптическим отверстием максимальные напряжения:
, (4)
где a и b – полуоси эллипса.
Как видно из формулы (4), при уменьшении малой полуоси b в пределе до нуля, максимальные напряжения достигают бесконечности. Т.е. можно сказать, что самые большие напряжения возникают у краев поперечных тонких прорезей и трещин.
В оболочках концентрацию напряжений вызывают отверстия под штуцера, люки, патрубки, смотровые окна и т.д. Снижение повышенных напряжений вблизи края отверстия до допускаемых значений возможно при помощи компенсации ослабления.
|
|
|
Существует два основных способа компенсации ослабления:
1. Увеличение толщины стенки всей оболочки (Этот способ применим при небольших размерах аппарата).
2. Укрепление края отверстия добавочным материалом.
По второму способу укрепление отверстия можно производить пятью методами:
1. Накладным кольцом;
2. Утолщением стенки штуцера;
3. Отбортовкой;
4. Торообразной вставкой;
5. Врезной или накладной бобышкой.
Укрепляющие кольца и накладные бобышки должны иметь контрольные сквозные отверстия с резьбой М10 для пневматического испытания герметичности сварных швов избыточным давлением 0,6 МПа.
Расчет укрепления отверстий в оболочках осуществляется в соответствии с ГОСТ 24755-89.
Укреплению подлежит ограниченная зона около отверстия. Ширина этой зоны
, (5)
где D р – расчетный диаметр укрепляемой оболочки ( 
- для цилиндрической, 
- для конической).
На практике, для расчета укрепления отверстия, широкое применение получил геометрический критерий укрепления, в основу которого положен принцип компенсации площади выреза из стенки по осевому сечению с помощью дополнительных укрепляющих элементов.
|
|
|
Зоной укрепления считается прямоугольник ВС DE со сторонами :
ЕВ=l1 р+l2 р+s+s у . р
ВС=d+2×s ш+2×L 0 ,
где l 1р , l 2р - расчетная длина внешней и внутренней частей штуцера;
s у.р - расчетная толщина усиливающего обечайку элемента;
d – диаметр отверстия штуцера.
В пределах этой зоны определяют суммарную площадь всех укрепляющих элементов. Например, если обечайка имеет избыточную над расчетной толщину стенки, то она участвует в укреплении отверстия. Площадь этого укрепления:
Площадь укрепления накладного листа, врезной или накладной бобышки толщиной s у :
- если ширина укрепляющего элемента L>L 0 ;
- если L £ L 0 ;
Площади избыточной толщины стенки наружной и внутренней частей штуцера, участвующие в укреплении:
.
Укрепление считают достаточным, если выполняется условие:
, (6)
где А – площадь продольного сечения выреза из стенки, подлежащая компенсации;
, 
- отношения допускаемых напряжений материалов штуцера и усиливающего элемента к допускаемому напряжению оболочки.
|
|
|
Площадь А определяется по формуле:
, (7)
где d р - расчетный диаметр отверстия штуцера круглого поперечного сечения, который определяется в зависимости от конструкции оболочки и расположения штуцера [ ];
d 0р - расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления, при отсутствии избыточной толщины стенки укрепляемой оболочки.
. (8)
Чем больше размеры отверстия, тем сильнее ослабляется стенка оболочки. При этом существует минимальный диаметр отверстия в стенке, ниже которого отверстие укреплять не следует. Этот диаметр определяется с учетом имеющейся избыточной толщины стенки оболочки по формуле:
, (9)
т.е. если 
, то отверстие не требует дополнительного укрепления;
если 
, то укрепление необходимо.
Особенности укрепления одиночных отверстий
Отверстия считаются одиночными, если расстояние между краями соседних отверстий больше, чем суммарная ширина зон повышенных напряжений 
, т.е. когда отсутствует взаимная накладка этих напряжений.
|
|
|
Минимальное расстояние между наружными поверхностями двух соседних штуцеров, когда их можно считать одиночными:
, (10)
Особенности укрепления близкорасположенных отверстий
Если отверстия расположены слишком близко (D < Dmin) , то кроме расчета укрепления для каждого из них, необходимо проверить достаточность укрепления перемычки между отверстиями. Для этого определяется Допускаемое внутреннее давление для перемычки, которое сравнивается с расчетным внутренним или наружным давлением.
Рр £ [P]п
Укрепление группы близкорасположенных отверстий можно выполнять отдельными накладными кольцами, общим накладным листом или местным усилением стенки аппарата в зоне отверстий.
Порядок расчета укрепления отверстий
1. составить расчетную схему аппарата;
2. определить расчетные диаметры укрепляемой оболочки и штуцера;
3. проверить условие необходимости укрепления оболочки;
4. зная расстояние от края укрепляемого отверстия до ближайших отверстий или несущих конструктивных элементов, проверить, можно ли считать укрепляемое отверстие одиночным;
5. выбрать метод укрепления отверстия;
6. если укрепление производится добавочным материалом, то подобрать материал укрепляющих элементов;
7. анализируя расчетную схему, задаться размерами укрепляющих элементов, учитывая возможность их размещения в окрестностях укрепляемого отверстия;
8. проверить условие укрепления (6), в случае его невыполнения, повторить расчет с увеличенными размерами укрепляющих элементов.
Лекция № 12
Дата добавления: 2018-09-23; просмотров: 1350; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!