
橢圓封頭的受力均勻性是壓力容器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵指標(biāo),直接影響設(shè)備的承載能力與安全性。其曲面結(jié)構(gòu)由半個(gè)橢圓和短直邊段組成,通過平滑過渡的幾何形態(tài)分散內(nèi)壓載荷,避免局部應(yīng)力集中。
在承受內(nèi)壓時(shí),橢圓封頭的應(yīng)力分布呈現(xiàn)規(guī)律性變化。曲率半徑較大的區(qū)域(靠近赤道)以環(huán)向拉伸應(yīng)力為主,曲率較小的區(qū)域(靠近頂部)則以徑向壓縮應(yīng)力為主,通過曲面連續(xù)性實(shí)現(xiàn)應(yīng)力梯度的平緩過渡。與碟形封頭相比,橢圓封頭的深度較深,曲率變化更均勻,可將應(yīng)力控制在較低水平,尤其在封頭與筒體連接的直邊段,能有效緩沖筒體邊緣對封頭的附加力矩。
封頭的長短軸比例對受力均勻性影響顯著。合理的比例設(shè)計(jì)可使封頭各部位應(yīng)力接近薄膜應(yīng)力狀態(tài),減少彎曲應(yīng)力成分。當(dāng)比例過大時(shí),頂部曲率減小,易出現(xiàn)局部壓應(yīng)力過大導(dǎo)致失穩(wěn);比例過小時(shí),赤道部位拉伸應(yīng)力增加,可能超過材料許用值。實(shí)際應(yīng)用中需結(jié)合容器工作壓力與直徑,通過力學(xué)計(jì)算確定比例。
制造工藝同樣影響受力均勻性。沖壓成型時(shí)若模具精度不足,易導(dǎo)致封頭曲面偏差,形成局部高應(yīng)力區(qū);焊接過程中若產(chǎn)生變形或未焊透,會破壞結(jié)構(gòu)連續(xù)性,降低整體承載能力。使用中需避免封頭表面出現(xiàn)劃痕、腐蝕等缺陷,這些損傷會引發(fā)應(yīng)力集中,逐步擴(kuò)展為裂紋。通過定期無損檢測(如超聲或射線檢測),可及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響受力均勻性的隱患,保障壓力容器安全運(yùn)行。