椭圆封头的力学分析

大型椭圆封头是旋转椭圆球面和圆筒形直段两部分的封头，作用上也非常明确，让这样的管道到头，不能再进行延伸工作，就封头上进行焊接，另一个作为末端来进行使用，而在压力的容器上，使用上上下都需要有封头，中间只是一个直管的通端，这种制作好了就是压力容器的罐子，而旋转椭圆球使用上母线一般都比较长，一般都是较短的一部分的2倍，这种情况是我们常说的标准椭圆形封头，使用上椭圆形封头的力学性能上也非常出色，仅次于半球封头。性能上也是在半球和蝶形之间，对整体的冲压设备和模具上也有一定的要求，但是制造难度上也正好在两者之间，不过使用上很方便制作大直径的椭圆封头，使用上性能上也会更加优秀，使用上也会被广泛使用。

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大型椭圆封头是个半椭球体。它的纵剖面是条半椭圆曲线。曲线的曲率半径连续变化，没有形状突变处。借此封头的应力分布格外匀称，承受压力状况比碟形封头优越。我国规定的标准椭圆形封头，半径与高度之比为2。这个样子，封头和与它相连接的圆筒体即可以采用相同的材料和相等的壁厚，组焊特别方便。近目前生产的锅炉与压力容器，绝大多数都采用椭圆形封头。

几种常见的承受内压封头有椭圆形，碟形，球冠形，锥形封头，下面就针对这四种形状的封头的结构与相关情况做如下介绍：

　　1.椭圆形封头的周向（环向）应力和经向（轴向）应力在壳体上各点都是变化的，在顶点的环向应力和轴向应力相等 ，而在赤道上的应力 。椭圆封头承受均匀内压时，轴向应力恒为拉伸应力（正值），且由顶点处大值向赤道逐渐递减至小值；环向应力在 时，封头过渡区将开始出现压应力，若长短轴比值继续增大，封头过渡区边缘的压应力值将迅速增大，即封头越浅，封头边缘的压应力值越高，所以将封头长短轴比值限制在2.6以内较为合理。封头厚度除应满足强度要求外，对大直径薄壁的椭圆形封头，还要提放由于封头过渡区的压应力，产生内压下的弹性失稳，为此封头厚度还应满足刚度要求。

　　2.碟形封头由球面部分、直边段以及过渡区三部分组成。过渡区连接球面部分和直边段，所以在过渡区的两端经线曲率半径有突变，将产生边缘应力。碟形封头边缘应力的大小和过渡区半径与球面半径的比值有关，比值越小，曲率边境突变的越厉害，边缘应力越大，当比值到了极限即过渡区半径为0时，碟形封头就演变成球冠封头与直筒体，此时边缘应力到了大值。所以碟形封头的过渡区就是为了降低边缘应力，而直边部分目的是为了避免边缘应力作用在封头和筒体连接的焊缝上。

　　3.球冠形封头在球面与圆筒连接处其曲率半径发生突变，同时因两壳体无公切线而存在横向推力，所以产生相当大的不连续应力，因此这种封头一般只能用于压力不高的场合，且封头与筒体连接的角焊缝必须采用全焊透结构。在对球冠形封头进行设计时，应注意与封头连接的圆筒厚度应不小于封头厚度，否则应在封头与圆筒间设置加强段过渡连接。圆筒加强段的厚度应与封头等厚，长度应不小于 ，目的是消减边缘应力。

　　4.锥形封头什么时间带折边，角度限制等参照GB150相关章节的说法。这里说说受内压无折边锥形封头。
　　锥体的主体部分在内压作用下，大薄膜应力发生在大端。锥体和圆筒部分连接处，由于几何不连续性，曲率半径突变，因此该处会产生较大的横向推力，引起较大边缘应力，容易发生弯曲，故需加强。