橢圓封頭的力學(xué)分析

大型橢圓封頭是旋轉(zhuǎn)橢圓球面和圓筒形直段兩部分的封頭，作用上也非常明確，讓這樣的管道到頭，不能再進(jìn)行延伸工作，就封頭上進(jìn)行焊接，另一個(gè)作為末端來進(jìn)行使用，而在壓力的容器上，使用上上下都需要有封頭，中間只是一個(gè)直管的通端，這種制作好了就是壓力容器的罐子，而旋轉(zhuǎn)橢圓球使用上母線一般都比較長(zhǎng)，一般都是較短的一部分的2倍，這種情況是我們常說的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，使用上橢圓形封頭的力學(xué)性能上也非常出色，僅次于半球封頭。性能上也是在半球和蝶形之間，對(duì)整體的沖壓設(shè)備和模具上也有一定的要求，但是制造難度上也正好在兩者之間，不過使用上很方便制作大直徑的橢圓封頭，使用上性能上也會(huì)更加優(yōu)秀，使用上也會(huì)被廣泛使用。

我公司專業(yè)生產(chǎn)國(guó)標(biāo)封頭、電標(biāo)封頭、化標(biāo)封頭、美標(biāo)封頭、日標(biāo)封頭、德標(biāo)封頭等，不同材質(zhì)的封頭 180度彎頭、彎管、封頭、三通、大彎、大小頭、焊接錐管、中頻彎管、螺紋管件、 承插管件、盲板、砼泵管件系列、電廠配件系列、化工廠配件系列等，也可根據(jù)圖紙加工定做。鋼制封頭（高壓對(duì)焊封頭、平焊封頭、帶頸封頭、封頭蓋、人孔），管件材料均選用國(guó)內(nèi)外碳鋼封頭、不銹鋼封頭、鋁及鋁合金封頭、合金鋼封頭材質(zhì)如：10#、20#、45#、16Mn、1Cr5mo、12crlMov、15crMo、A105、A234 WPB、A335 P22、A335 P91、321、304、304L、316、316L、1060、5052、5083、6063等優(yōu)質(zhì)材料生產(chǎn)加工，可按客戶提供圖紙要求制造。

大型橢圓封頭是個(gè)半橢球體。它的縱剖面是條半橢圓曲線。曲線的曲率半徑連續(xù)變化，沒有形狀突變處。借此封頭的應(yīng)力分布格外勻稱，承受壓力狀況比碟形封頭*。我國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，半徑與高度之比為2。這個(gè)樣子，封頭和與它相連接的圓筒體即可以采用相同的材料和相等的壁厚，組焊特別方便。近目前生產(chǎn)的鍋爐與壓力容器，絕大多數(shù)都采用橢圓形封頭。

幾種常見的承受內(nèi)壓封頭有橢圓形，碟形，球冠形，錐形封頭，下面就針對(duì)這四種形狀的封頭的結(jié)構(gòu)與相關(guān)情況做如下介紹：

　　1.橢圓形封頭的周向（環(huán)向）應(yīng)力和經(jīng)向（軸向）應(yīng)力在殼體上各點(diǎn)都是變化的，在頂點(diǎn)的環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力相等 ，而在赤道上的應(yīng)力 。橢圓封頭承受均勻內(nèi)壓時(shí)，軸向應(yīng)力恒為拉伸應(yīng)力（正值），且由頂點(diǎn)處大值向赤道逐漸遞減至小值；環(huán)向應(yīng)力在 時(shí)，封頭過渡區(qū)將開始出現(xiàn)壓應(yīng)力，若長(zhǎng)短軸比值繼續(xù)增大，封頭過渡區(qū)邊緣的壓應(yīng)力值將迅速增大，即封頭越淺，封頭邊緣的壓應(yīng)力值越高，所以將封頭長(zhǎng)短軸比值限制在2.6以內(nèi)較為合理。封頭厚度除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，對(duì)大直徑薄壁的橢圓形封頭，還要提放由于封頭過渡區(qū)的壓應(yīng)力，產(chǎn)生內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)，為此封頭厚度還應(yīng)滿足剛度要求。
 
　　2.碟形封頭由球面部分、直邊段以及過渡區(qū)三部分組成。過渡區(qū)連接球面部分和直邊段，所以在過渡區(qū)的兩端經(jīng)線曲率半徑有突變，將產(chǎn)生邊緣應(yīng)力。碟形封頭邊緣應(yīng)力的大小和過渡區(qū)半徑與球面半徑的比值有關(guān)，比值越小，曲率邊境突變的越厲害，邊緣應(yīng)力越大，當(dāng)比值到了極限即過渡區(qū)半徑為0時(shí)，碟形封頭就演變成球冠封頭與直筒體，此時(shí)邊緣應(yīng)力到了大值。所以碟形封頭的過渡區(qū)就是為了降低邊緣應(yīng)力，而直邊部分目的是為了避免邊緣應(yīng)力作用在封頭和筒體連接的焊縫上。
 
　　3.球冠形封頭在球面與圓筒連接處其曲率半徑發(fā)生突變，同時(shí)因兩殼體無公切線而存在橫向推力，所以產(chǎn)生相當(dāng)大的不連續(xù)應(yīng)力，因此這種封頭一般只能用于壓力不高的場(chǎng)合，且封頭與筒體連接的角焊縫必須采用全焊透結(jié)構(gòu)。在對(duì)球冠形封頭進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意與封頭連接的圓筒厚度應(yīng)不小于封頭厚度，否則應(yīng)在封頭與圓筒間設(shè)置加強(qiáng)段過渡連接。圓筒加強(qiáng)段的厚度應(yīng)與封頭等厚，長(zhǎng)度應(yīng)不小于 ，目的是消減邊緣應(yīng)力。
 
　　4.錐形封頭什么時(shí)間帶折邊，角度限制等參照GB150相關(guān)章節(jié)的說法。這里說說受內(nèi)壓無折邊錐形封頭。
　　錐體的主體部分在內(nèi)壓作用下，大薄膜應(yīng)力發(fā)生在大端。錐體和圓筒部分連接處，由于幾何不連續(xù)性，曲率半徑突變，因此該處會(huì)產(chǎn)生較大的橫向推力，引起較大邊緣應(yīng)力，容易發(fā)生彎曲，故需加強(qiáng)。