橢圓封頭的力學分析

大型橢圓封頭是旋轉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，不能再進行延伸工作，就封頭上進行焊接，另一個作為末端來進行使用，而在壓力的容器上，使用上上下都需要有封頭，中間只是一個直管的通端，這種制作好了就是壓力容器的罐子，而旋轉橢圓球使用上母線一般都比較長，一般都是較短的一部分的2倍，這種情況是我們常說的標準橢圓形封頭，使用上橢圓形封頭的力學性能上也非常出色，僅次于半球封頭。性能上也是在半球和蝶形之間，對整體的沖壓設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，使用上性能上也會更加優(yōu)秀，使用上也會被廣泛使用。

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大型橢圓封頭是個半橢球體。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。借此封頭的應力分布格外勻稱，承受壓力狀況比碟形封頭*。我國規(guī)定的標準橢圓形封頭，半徑與高度之比為2。這個樣子，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，下面就針對這四種形狀的封頭的結構與相關情況做如下介紹：

　　1.橢圓形封頭的周向（環(huán)向）應力和經(jīng)向（軸向）應力在殼體上各點都是變化的，在頂點的環(huán)向應力和軸向應力相等 ，而在赤道上的應力 。橢圓封頭承受均勻內(nèi)壓時，軸向應力恒為拉伸應力（正值），且由頂點處大值向赤道逐漸遞減至小值；環(huán)向應力在 時，封頭過渡區(qū)將開始出現(xiàn)壓應力，若長短軸比值繼續(xù)增大，封頭過渡區(qū)邊緣的壓應力值將迅速增大，即封頭越淺，封頭邊緣的壓應力值越高，所以將封頭長短軸比值限制在2.6以內(nèi)較為合理。封頭厚度除應滿足強度要求外，對大直徑薄壁的橢圓形封頭，還要提放由于封頭過渡區(qū)的壓應力，產(chǎn)生內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)，為此封頭厚度還應滿足剛度要求。
 
　　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)生邊緣應力。碟形封頭邊緣應力的大小和過渡區(qū)半徑與球面半徑的比值有關，比值越小，曲率邊境突變的越厲害，邊緣應力越大，當比值到了極限即過渡區(qū)半徑為0時，碟形封頭就演變成球冠封頭與直筒體，此時邊緣應力到了大值。所以碟形封頭的過渡區(qū)就是為了降低邊緣應力，而直邊部分目的是為了避免邊緣應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，同時因兩殼體無公切線而存在橫向推力，所以產(chǎn)生相當大的不連續(xù)應力，因此這種封頭一般只能用于壓力不高的場合，且封頭與筒體連接的角焊縫必須采用全焊透結構。在對球冠形封頭進行設計時，應注意與封頭連接的圓筒厚度應不小于封頭厚度，否則應在封頭與圓筒間設置加強段過渡連接。圓筒加強段的厚度應與封頭等厚，長度應不小于 ，目的是消減邊緣應力。
 
　　4.錐形封頭什么時間帶折邊，角度限制等參照GB150相關章節(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，因此該處會產(chǎn)生較大的橫向推力，引起較大邊緣應力，容易發(fā)生彎曲，故需加強。