随着炼油及石油化工生产装置的大型化发展，为了满足工艺和结构要求，有时候设备管线开孔需要进行开大孔设计。大开孔的结构安全性直接影响整个设备的整体安全。大开孔区域应力情况复杂，因为大开孔结构开孔面积较大，从而破坏了壳体材料的连续性，削弱了其承载面积，容器壁强度也减弱，并且还会形成很高的局部应力集中，造成安全破坏。

打好污染防治攻坚战时间紧、任务重、难度大，是一场大仗、硬仗、苦仗，离不开坚强有力的领导和纪律保障。今年以来，盐城市纪检监察机关认真贯彻习近平生态文明思想，按照中央纪委和省纪委部署，积极投身污染防治攻坚战，持续强化环保领域监督执纪问责，有力推动全市经济社会实现绿色转型、绿色跨越。

1 几种算法比较

目前GB/T150提供了两种计算开孔补强的计算方法：等面积法和分析法，而针对大开孔结构常用的计算方法是有限元分析法。

1.1 等面积法

等面积法的适用范围如下。

a)圆筒内径Di≤1 500 mm时，开孔最大直径dop≤Di/2且dop≤520 mm；当圆筒内径Di>1 500 mm时，dop≤Di/3且dop≤1 000 mm。

对各边界面施加对称约束，接管顶面施加拉伸应力，接管与壳体内表面施加内压，边界条件及载荷施加如图3所示，计算结果如图4所示。从结果可以看出，应力最大处位于接管与筒体相贯部分。线性化结果如图5所示。

c)锥形封头开孔的最大直径dop≤Di/3，Di为开孔中心处的锥壳内直径。

在这三种“道”义中，第一种意义的英译尤为困难。因为儒道是中国特有的哲学概念，在英语世界很难找到对应的表述。

单元选择SOLID186单元，泊松比均取0.3，弹性模量取2.06 e5 MPa。

大开孔结构超出以上范围，所以大开孔不适用等面积法计算。

在完成钻孔施工作业以后，应立即开展清孔作业[5]。如果钻孔和清孔工作间隔时间较长，孔内底部的位置就会出现沉淀的情况。一旦沉淀厚度较大，还会出现混凝土夹层的现象，直接增加清孔作业难度系数。而在清孔作业阶段，要想规避塌孔与相关问题的发生，就要确保孔内部水头稳定性。

需要注意的是：开孔最大直径dop对于圆形开孔取接管内直径加两倍厚度附加量，对椭圆形或长圆形开孔取截面上的尺寸(弦长)加2倍厚度附加量。

1.2 分析法

分析法的适用范围为d≤0.9D且max[0.5，d/D]≤δet/δe≤2。分析法虽然可以计算一般的大开孔结构，但是分析法不能得出接管与壳体连接结构的应力分布状态，从而求解不出最大应力的位置，无法对连接结构进行加筋等局部优化。所以，目前常见的计算大开孔的方法是有限元分析法。

1.3 有限元分析法

图1中实例为具有大开孔结构的污油罐，容器筒体内径为1 100 mm，壁厚10 mm，工作温度为常温，工作压力是常压，内装介质为污油，属于易爆介质。容器筒壁处有一大开孔接管，大开孔施加0.1 MPa内压，腐蚀裕量按介质选取，一般介质可以选择3 mm，采用ANSYS有限元程序对以上结构建立模型，进行大开孔结构有限元分析设计。本文针对有限元分析计算法进行详细设计说明。

图1 大开孔二维图

面对复杂的应力情况，有限元法具有计算精度高，能较真实的反应结构中的应力分布及应力值情况，能适应各种结构分析的优点。图1为生产实际中常见的大开孔结构[1、2]。

2 大开孔有限元分析

2.1 有限元模型分析参数设置[3、4]

骨质疏松性椎体压缩骨折以中老年人群发生率较高,且女性患者数量显著高于男性,以往开放性手术对患者机体将造成较大创伤,并不利于其术后尽快恢复健康。近年来由于临床微创技术不断发展,椎体后凸成形术以其创伤小、痛苦少、恢复快等特点,越来越多的临床医务人员已认可其对骨质疏松性椎体压缩骨折的治疗价值[1]。但随着临床医疗领域深入研究,有学者认为术中不同的球囊扩张部位对患者疗效及预后将产生相应影响。

2.2 网格划分及荷载施加

根据大开孔的结构特点和载荷特性，接管与筒体连接结构建立三维，1/4实体模型，网格划分结果如图2所示。

图2 网格

b)凸形封头或球壳开孔的最大允许直径dop≤Di/2。

图3 边界条件及载荷

2.3 结果评定

该设备根据JB 4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》设计，所以许用应力根据标准选取，此处大开孔结构总应力为S=170 MPa。通过对模型进行应力线性化处理[5]，得出以下结果：局部薄膜应力S1=65 MPa<1.5S(1.5×170=255 MPa)；局部薄膜加局部弯曲应力S2=127 MPa<1.5S。

图4 SINT应力云图

图5 线性化结果

综上结果可以看出，在正压工况下，大开孔结构强度计算符合要求[6，7]。

如若遇到强度计算不通过的情况，可根据应力薄弱点位置、原因，采取不同措施进行补强。筒体开孔通常会引起筒体承载能力削弱、开孔边界引起应力集中、以及筒体与接管连接结构不连续造成的附加边缘应力等问题。根据问题原因可通过局部增加筒体壁厚、补强圈补强或者整体锻件补强等方法进行强度补强，补强之后结构再进行应力分析，对结果进行强度比较。

3 结语

利用ANSYS有限元分析了大开孔结构的强度，基于分析结果，论证了大开孔结构的安全可靠性。

走了出来，看到了蓝的天，白的云，绚的花，宽的路。才发现心空晴朗，呼吸都变得顺畅。下午三点启程，两车相竞，直奔前方。孩子们叽叽喳喳说个不停，小零食、小人书、手机游戏，让他们应接不暇。而我们平时繁忙如蚁的人，都瘫软在汽车座位上，尽可能呼吸着清爽的空气。放松，放松，再放松！只觉得身体中每个细胞渐渐充盈起来，嗨，别说！找到了一种“飘”的感觉。

大开孔结构有限元分析计算，准确得出了最大应力的位置及数值，并且通过应力分类方法进行了应力线性化，利用JB 4732-1995进行了应力评定，比GB/T150.1～GB/T150.4-2011《压力容器》开孔补强计算方法更直观更准确，为大开孔结构局部优化提供了计算依据，保障开孔结构的安全性。

4 参考文献

[1] 王志文.化工容器设计(第二版)[M].北京:化学工业出版社,1998.

[2] 李建国.压力容器设计的力学基础及其标准应用[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3] 王国强.实用数值模拟技术及其在ANSYS上的实践[M].西安:西北工业大学出版社,1999.

[4] 余伟炜,高炳军.ANSYS在机械与化工设备中的应用[M].北京:中国水利水电出版社,2006.

[5] 陆明万.关于应力分类问题的几点认识[J].压力容器,2005,22(08):21-26.