压力容器是国民经济各部门广泛使用的重要设备。在核工业、石油化工、轻工、电厂、化学化工、制药等工业生产中，广泛存在着压力容器开孔接管形式，一般采用正交开孔接管或斜接管连接形式，但由于工艺条件需要，还存在着许多压力容器切向开孔接管形式，即在压力容器筒体上开孔与接管切向连接的结构形式。
有限元模型

压力容器切向开孔接管如图1所示。其几何参数为：筒体内径2m，壁厚0.008m；接管尺寸ø325mm×8mm。

压力容器筒体材料为Q235B，接管材料为20号钢，设计内压力p为0.18MPa，设计温度为115℃。材料在设计条件下的力学参数为：筒体的材料弹性模量E=1.90×10MPa，材料的泊松比μ=0.3，设计应力强度S=130MPa，接管的弹性模量E=1.90×10MPa，材料的泊松比μ=0.3，设计应力强度S=145MPa。

压力容器切向开孔接管，其位移边界条件为筒体上端对称面ΔZ=0；筒体中间截开处对称面ΔY=0；筒体最左端下部端点ΔX=0。其载荷边界条件为内压力p=0.18MPa；计算得到筒体下端承受的拉应力p=15.78MPa；接管右端承受拉应力p=2.432MPa。其边界条件如图2所示。

采用ANSYS软件提供的三维实体四面体10节点高阶等参单元进行网格划分，对于压力容器切向开孔接管，网格划分的总节点数为270139，总单元数为142965。

1、应力分布与最大值
在外载荷作用下，压力容器切向开孔接管的最大变形量δ为0.0041m。其第一主应力的最大值σ=214MPa，位于接管与筒体连接相切处且位于接管内侧上，其开孔区域的应力如图4所示。其应力强度的最大值σ=213MPa，其位置与第一主应力的最大值位置相同，其应力强度的等值线分布图如图5所示。

2、应力集中系数
max 式中 σ--某位置的最大正应力，Pa； σ--筒体环向薄膜应力，σ=pD/（2δ），Pa； p为设计压力，Pa；D为筒体直径，m；δ为筒体壁厚，m。
maxmax 从图6中可以看出，压力容器切向开孔接管的最大应力发生在接管与筒体相切处部位，此为最危险部位，应对其进行强度评定。其余远离连接处部位如筒体、接管的应力值均较小。

JB4732压力容器分析设计标准要求对计算部位的应力做详细计算，按应力的性质、影响范围及分布状况将应力分类为一次应力、二次应力和峰值应力，对于不同性质的应力给予不同的限制条件。根据JB4732，各类应力强度的许用极限为：一次总体薄膜应力强度S≤S；一次局部薄膜应力强度S≤1.5S；一次薄膜加一次弯曲应力强度S≤1.5S；一次加二次应力强度：S≤3S。
（1）在接管与筒体相切处筒体部位的应力值最大，此为最危险部位，如图7中的A-A路径（内外壁）；
分别对A-A路径、B-B路径应力进行线性化处理，并进行强度评定如表1。评定结果：两路径的强度均足够。

（1）应用ANSYS有限元分析软件分析压力容器切向开孔接管的应力分布，发现连接区域有明显的应力集中现象；各类应力最大值均发生在压力容器与接管相切处且位于接管内侧；该区域应力梯度大，最大应力集中系数为6.759，且应力集中系数随离该处距离的增加而快速减小。
（3）根据JB4732压力容器分析设计标准压力容器切向接管的应力强度安全性进行了评价。结果表明，切向接管的强度足够，满足安全要求。

原文作者：王定标，文章来源于网络。