壳体等受压元件开孔接管是压力容器十分关键结构,器壁开孔后,整体强度与金属承载面积均被削弱,而非径向开孔结构在此基础上又破坏了正交接管的对称性,使开孔结构成为压力容器的薄弱部位。因此,对非径向开孔接管结构进行强度分析,并探究影响其应力分布规律的因素是确保压力容器安全运行的关键。以壳体开孔接管结构为研究对象,运用三维有限元法与理论计算,进行强度结构研究,并探究接管壳体中心线夹角、开孔率、接管与壳体厚度比等3个参数对结构最大应力的影响规律。随着接管与壳体中心线夹角角度的增加,应力不断减小,结构的承载能力有所增强,其中径向开孔结构的强度最佳;随着接管与壳体厚度比的增加,最大应力先是急剧下降后呈缓慢下降趋势,接管壁厚补强改善结构强度显著,但过度的增加接管厚度会导致补强效果下降,增加制造成本。随着开孔率的变大,椭圆形开孔的长短轴之比增大,结构的最大应力不断增大,设计中开孔率不宜超过0.60。工程上应保证相贯区域焊缝的质量,同时选择合理的补强结构,以降低设备失效风险。以上三组模型的最大应力点位置基本相同,均位于接管与壳体相贯区锐角侧处的接管内壁中心。采用GB/T150-2011等面积补强法、ГОСТР52857-2007极限载荷分析对相同结构进行强度分析,并用弹性应力有限元法和极限载荷有限元法对理论计算值进行验证。结果表明:极限载荷分析法更简捷、贴近实际材料,能够充分利用材料,提高经济性。实际工程中,容器不仅承受内压,在外界因素影响下,接管管口还承受轴向力和弯矩载荷。基于俄罗斯联邦国家标准校核结构在单一载荷作用以及联合载荷作用下的强度,并运用有限元进行验证。结果表明:联合载荷作用下的非径向开孔接管受力情况较单一载荷作用更复杂,因此,强度校核时考虑联合载荷作用十分必要,也更符合工程实际。通过响应面法对结构参数进行优化分析,得到了接管壁厚、壳体壁厚、接管壳体中心线夹角、开孔直径与等效应力的关系响应图,求解出容器轻量化的最优参数,节约成本并缩短了设计周期。