Тема 6 Ослабление стенок сосудов, вызываемое отверстиями его учет и компенсация.

6.1 Общие положения и выбор способа укрепления

В корпусе и днищах цилиндрических аппаратов для установки штуцеров, трубопроводов, люков и т.п. вырезают отверстия. При наличии в стенках и днищах сосуда отверстий сопротивляемость стенок значительно снижается. Поэтому возникает необходимость каким – либо образом компенсировать ослабления.

Отверстия по линии А-А ослабляет стенки в особенности если вырезы больших диаметров, поэтому их необходимо укреплять.

До сих пор мы предпологали, что изучаемые оболочки на поверхности не имели отверстий и только говоря о днищах, слегка коснулись вопроса о влиянии отверстий на прчность стенки. В действительности во всех аппаратах имеются технолигические и монтажные отверстия.

Известно, что наличие отверстия в растягивающем листе не только механически его ослабляет уменьшая площадь поперечного сечения листа, но и вызывает концентрацию напряжений.

Как видно из рисунка, максимальное напряжение на крае отверстия в 3 раза превышает напряжение в других сечениях листа. Концентрация напряжений имеет явно выраженный характер и распространяется на часть листа, расположенную в непосредственной близости к отверстию.

Концентрация напряжений возле отверстия в тонкостенном цилиндре, подверженного действию внутреннего давления, может достигнуть гораздо больших значений. В этом случаи коэфициент концентрации напряжений будет равен:

где d – диаметр отверстия;

S – толщина стенки.

Максимальное напряжение вблизи отверстия равно:

σ_max = α·σ,

где - обычное напряжение от растяжения.

Ослабление корпуса цилиндрических аппаратов можно компенсировать двумя спосабами:

- по первому способу утолщают стенку по всей ее поверхности, чтобы максимальные напряжения не превышали допускаемых;

- по второму – компенсация производится путем усиления оболочки в некоторой зоне, расположенной вблизи отверстия.

В связи с тем, что увеличение напряжений от наличия отверстия в корпусе аппарата имеет местный характер, то первый способ нерационален, так как он вызовет напрсную трату конструкционного материала. Более правильно для компенсации ослабления, вызванного отверстием, укрепить край отверстия, утолщая его и распологая добавочный материал в том месте, где возможно возникновение максимальных напряжений.

Теоретические предпосылки укрепления отверстий

Разберемся, когда и какое отверстие можно не укреплять, а какие необходимо укреплять. В сосудах, работающих при малых перепадах давлений, такая необходимость как укрепление отверстий может не возникнуть. В сосудах под давлением небольшие отверстия (под резьбу, под патрубки и т.д.) тоже.

Укрепление отверстий обычно осуществляется втулками, накладками и бобышками. Основные размеры укрепляющих элементов определяется, исходя из условия равенства сечения материала укрепляемой стенки, удаляемого при образовании отверстия и сумме сечений добавляемых укрепляющих элементов.

Например: