管道应力分析和计算
管道应力分析和计算
目次
1 概述
1.1 管道应力计算的主要工作
1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法
1.4 管道荷载
1.5 变形与应力
1.6 强度指标与塑性指标
1.7 强度理论
1.8 蠕变与应力松弛
1.9 应力分类
1.10 应力分析
2 管道的柔性分析与计算
2.1 管道的柔性
2.2 管道的热膨胀补偿
2.3 管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算
2.6 冷紧
2.7 柔性系数与应力增加系数
2.8 作用力和力矩计算的基本方法2.9 管道对设备的推力和力矩的计算
3 管道的应力验算
3.1 管道的设计参数
3.2 钢材的许用应力
3.3 管道在内压下的应力验算
3.4 管道在持续荷载下的应力验算
3.5 管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算
3.7 力矩和截面抗弯矩的计算
3.8 应力增加系数
3.9 应力分析和计算软件
1 概述
1.1 管道应力计算的主要工作
火力发电厂管道（以下简称管道）应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力；判断计算管道的安全性、经济性、合理性，以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。
管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。
1.2 管道应力计算常用的规范、标准
（1）DL/T 5366－2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（2）ASME B 31.1－2004动力管道
在一般情况下，对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。对涉外工程或顾客有要求时，采用B 31.1进行管道应力验算。
1.3 管道应力分析方法
管道应力分析方法分为静力分析和动力分析。
对于静荷载，例如：管道内压、自重和其他外载以及热胀、冷缩和其他位移荷载作用的应力计算，采用静力分析法。DL/T 5366和B 31.1 规定的应力验算属于静力分析法。同时，它们也用简化方法计及了地震作用的影响，适用于火力发电厂管道和一般动力管道。
对于动载荷，例如：往复脉冲载荷、强迫振动载荷、流动瞬态冲击载荷和地震载荷作用的应力计算采用动力分析法。核电站管道和地震烈度在９度及以上地区的火力发电厂管道应力计算采用动力分析法。
1.4 管道荷载
管道上可能承受的荷载有：
（1）重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等；
（2）压力荷载：包括内压力和外压力；
（3）位移荷载：包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等；
（4）风荷载；
（5）地震荷载；
（6）瞬变流动冲击荷载，如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击；
（7）两相流脉动荷载；
（8）压力脉动荷载，如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；
（9）机械振动荷载，如回转设备的简谐振动。
上述荷载根据其作用时间的长短，可以分为恒荷载和活荷载两类；根据其作用的性质，可以分为静力荷载和动力荷载。由于不同特征的荷载产生的应力性态及其对破坏的影响不同，因此，在应力分析与计算中也将采用与之相适应的方法。
1.5 变形与应力
1.5.1 变形
在外力（荷载）作用下，结构的总体或构件的形状和尺寸都会发生不同程度的变化，这种形状的改变，一般称为变形。
1.5.2 变形的分类
（1）按照变形的性态，可分为弹性变形和塑性变形两大类。
弹性变形：构件或物体在外力作用下产生的变形，外力除去后能完全恢复其原有形状，不遗留外力作用过的任何痕迹，这种变形叫做弹性变形。
塑性变形：构件或物体在外力作用下产生的变形，当外力除去后，构件或物体的形状不能复原，即遗留了外力作用下的残余变形，这种变形称为塑性变形。
（2）按照变形的形式，可分为轴向拉伸（或压缩）、弯曲、扭转和剪切变形四种基本形式。
拉（压）变形：这种变形是由一对大小相等、方向相反、作用线与杆件轴线重合的外力所引起的。在这种外力作用下，杆的长度将伸长（或缩短）。
弯曲变形：当杆件承受与它的纵轴线垂直的荷载或纵向轴线平面内的力偶作用时，杆的纵向轴线由原来的直线变成了弧线，这种变形称为弯曲变形。
剪切变形：这种变形是杆件受到一对大小相等、方向相反、作用线相距很近的外力作用时所产生的。它的特征是在上述外力作用下杆的两个外力作用线间的各断面将力的作用方向（垂直于杆件轴线方向）发生相对错动。
扭转变形：杆件在受到一对大小相等、转向相反、作用面垂直于杆件轴线的力偶作用时，使杆件的任意的两个断面绕杆件轴线作相对的转动，即产生扭转变形。
1.5.3 应力
在外力作用下，构件发生变形，这说明构件材料内部在外力作用下变形时原子间的相对位置产生了改变，同时原子间的相互作用力（吸引力与排斥力）也发生了改变。这种力的改变量称为内力。
内力是沿整个断面连续分布的，单位面积上的内力强度，即应力，以“”表示。
1.5.4 应变与弹性模数
（1）应变：构件或物体受外力（荷载）作用下将产生变形，为表明变形的程度，需计算单位长度内的变形，即应变，以“”表示。
（2）弹性模数：弹性模数E ，代表材料在受到拉伸（或压缩）作用时对弹性变形的抵抗能力。当杆件长度、断面积、外力以及温度均相同的条件下，E 的数值越大，杆件的轴向伸长（变形）越小。因此，E 也可说是衡量材料刚度的指标。
在弹性范围内，应力＝弹性模数×应变，即σ＝E·。
（3）泊松比：在弹性范围内，横向线应变与轴向线应变之比为一常数，此常数的绝对值称为泊松比，以“υ”表示。
泊松比的数值，对汽水管道常用的钢材，由试验得出，在弹性状态下约在0.25至0.35之间，在实用计算中取为0.3。但是，它随着钢材塑性变形的发展而增加，对塑性状态下可近似地取为0.5。
（4）剪切弹性模数：表示材料在线性弹性性态时抵抗剪切变形的能力。剪应力与剪应变也服从虎克定律。剪切弹性模数G 与弹性模数E 和泊松比有以下关系：G ＝ ，若取常用管道钢材在弹性状态下的泊松比υ＝0.3，则剪切弹性模数G 将等于
6.2E 。 1.6 强度指标与塑性指标
钢材的强度特征与变形特征是用一定的强度指标与塑性指标来衡量的，这两类指标都是表示钢材力学性能（机械性能）的物理量，它们都可以通过钢材的拉伸试验来得到。
1.6.1 强度极限σb ：在拉伸应力－应变曲线上的最大应力点，单位为MPa 。
1.6.2 屈服极限σS ：材料在拉伸应力超过弹性范围，开始发生塑性变形时的应力。有些材料的拉伸应力－应变曲线并不出现明显的屈服平)
+υ1(2E
台，即不能明确地确定其屈服点。对此种情况，工程上规定取试样产生0.2％残余变形的应力值作为条件屈服极限，用σs
表示，单位
（0.2%）
为MPa。
1.6.3 持久强度σD t：在给定温度下，使试样经过一定时间发生蠕变断裂时的应力。在工程上通常采用试样在设计温度下10万小时断裂时的平均值σD t表示，单位为MPa。
1.6.4 蠕变极限σD t：在给定温度下和规定的持续时间内，使试样产生一定蠕变量的应力值。工程上通常采用钢材在设计温度下，经10万小时，蠕变率为1％时的应力值，单位为MPa。
1.6.5 延伸率δ：试样在拉伸试验中发生破坏时，产生了百分之几的塑性伸长量，是衡量钢材拉伸试验时塑性的一个指标。试样的原始长度，一般选择为试样直径的5倍或10倍，因此，试样有δ5和δ10值，单位为百分率（％）。
1.6.6 断面收缩率ψ：断面收缩率表明试样在拉伸试验发生破坏时，缩颈处所产生的塑性变形率，它是衡量材料塑性的另一指标，单位为百分率（％）。
1.6.7 冲击功：钢材在进行缺口冲击试验时，消耗在试样上的能量，称为冲击功，用A k表示，单位为焦耳（J）。消耗在试样单位截面上的冲击功，即冲击韧性（也称冲击值），用αk表示，单位为J/cm2。
1.6.8 硬度：反映材料对局部塑性变形的抗力及材料的耐磨性。硬度有三种表示方法，即布氏硬度HB、洛氏硬度HR和维氏硬度HV，其测定方法和适用范围各异。
1.7 强度理论
常用的材料强度理论有四种，分别是：
1.7.1 第一强度理论－最大拉应力理论，其当量应力为
发生的三要素。应力越大、温度越高，且在高温下停留的时间越长，则蠕变越甚。
1.8.2 应力松弛是指高温下工作的金属构件，在总变形量不变的条件下，其弹性变形随着时间的延长不断转变成非弹性变形，从而引起金属中应力逐步下降并趋于一个稳定值的现象。
1.8.3 蠕变和应力松弛两种现象的实质是相同时，都是高温下随时间发生的非弹性变形的积累过程。所不同的是应力松弛是在总变形量一定的特定条件下一部分弹性变形转化为非弹性变形；而蠕变则是在恒定应力长期作用下直接产生非弹性变形。
1.9 应力分类
对于管道上的应力，一般分为一次应力、二次应力和峰值应力三类。
1.9.1 一次应力
一次应力是由压力、重力与其他外力荷载的作用所产生的应力。它是平衡外力荷载所需的应力，随外力荷载的增加而增加。一次应力的特点是没有自限性，即当管道内的塑性区域扩展达到极限状态，使之变成几何可变的机构时，即使外力荷载不再增加，管道仍将产生不可限制的塑性流动，直至破坏。
一次应力有三种类型：一次一般薄膜应力、一次局部薄膜应力和一次弯曲应力。
（1）一次一般薄膜应力，是在所研究的截面厚度上均匀分布的，且等于该截面应力平均值的法向应力（即正应力）的分量。如果这种应力达到屈服极限时，将引起截面整体屈服，不出现荷载的再分配。
（2）一次局部薄膜应力，是由内压或其它机械荷载产生的，由于结构不连续或其它特殊情况的影响，而在管道或附件的局部区域有所增强的一次薄膜应力。这类应力虽然具有二次应力的一些特征，但
为安全计，通常划为一次应力。
（3）一次弯曲应力，是在所研究的截面上法向应力（即正应力）从平均值算起的沿厚度方向变化的分量。这种应力达到屈服极限时，也只引起局部屈服。在应力验算中，通常不单独评价一次弯曲应力强度。
1.9.2 二次应力
二次应力是由管道变形受约束而产生的应力，它由管道热胀、冷缩、端点位移等位移荷载的作用而引起。它不直接与外力平衡，而是为满足位移约束条件或管道自身变形的连续要求所必需的应力。二次应力的特点是具有自限性，即局部屈服或小量变形就可以使位移约束条件或自身变形连续要求得到满足，从而变形不再继续增大。二次应力引起的是疲劳破坏。
二次应力也有二次薄膜应力和二次弯曲应力两部分。
1.9.3 峰值应力
峰值应力是管道或附件由于局部结构不连续或局部热应力效应（包括局部应力集中）附加到一次应力或二次应力的增量。它的特点是不引起显著的变形，而且在短距离内从它的根源衰减，它是一种导致疲劳裂纹或脆弱破坏的可能原因。例如，管道由于温度分布不均匀，不同膨胀几乎全部被限制，不引起显著变形的局部热应力，以及管道附件上小半径圆角处，焊缝未焊透处的应力，均属于峰值应力。
1.10 应力分析
应力分析是研究应力和应变的理论。大多数应力分析，都是以结构的弹性理论为基础的，同时对塑性理论的应用给予充分的重视。采用比较广泛的应力分析有下面几种。
1.10.1 弹性分析
采用最早的应力分析是弹性分析。它通常是在不发生屈服的条件下，利用应力与应变间的线性关系（即虎克定律），计算由荷载引起的应力变化和挠度变化。按照弹性分析，应力是限定在材料的屈服极限以内，并留有适当的裕度。
1.10.2 极限分析
极限分析是涉及由于材料屈服而使结构发生塑性流动并达到全塑性状态时的荷载（或压力）的计算，是一个防止过度变形的准则。
根据一次应力没有自限性的特征，它超过一定的限度，将使管道变形增加直至破坏。因此，必须防止过度的塑性变形，并为爆破压力和蠕变失效留有足够的裕度。对一次应力的限定，采用极限分析。
1.10.3 安定分析
安定性是指不发生塑性变形的连续循环，如果在少数反复加载之后，变形稳定下来，并且随后的结构，除蠕变效应以外，表现是弹性的，或者可以说，管道在有限量塑性变形之后，能安定在弹性状态。安定分析限制的最大应力范围不超过两倍屈服极限。
安定分析适用于高应变低循环疲劳。为防止交替塑性或增量破坏，对管道的一次应力加二次应力的验算，采用安定分析。
1.10.4 疲劳分析
在周期性或交变荷载作用下，管道将产生交变应力（或应变），并且将引起材料疲劳破坏。
管道在使用期间内，要经历冷、热交变的循环，交变次数不象转动机械设备那样高，管道的疲劳属于高应变低循环疲劳。
疲劳分析主要是估计峰值应力的影响，限制累积疲劳损伤，确定使用的应力范围和交变疲劳次数。管道热胀应力主要是弯曲力矩所产生的应力，因此，在验算一定交变次数下的许用应力范围时，采取了
管道弯曲疲劳试验的数据，是工程上采用的一种简单的方法。正规的疲劳分析采用的疲劳曲线都是基于应变疲劳数据由实验测得的，以求出在一定循环荷载作用下允许的循环次数。
1.10.5 非弹性分析
随着科学技术的发展，对于高温蠕变管道的应力分析的研究已开始应用非弹性分析，有的还采用蠕变－疲劳重迭效应的验算。非弹性应力分析需要计算管道总的应变，并对管道的平均应变、弯曲应变和局部应变分别给予不同的限定。
2 管道的柔性分析与计算
2.1 管道的柔性
管道的柔性是反映管道变形难易程度的概念，表示管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其它位移变形的能力。
管道必须设计成具有足够的柔性，防止管道因热胀、冷缩、端点附加位移、管道支撑设置不当等原因造成的下列问题：
（1）管道应力过大或材料疲劳引起的管道破坏；
（2）管道连接处产生泄漏；
（3）管道推力或力矩过大，使与其相连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行；
（4）管道推力或力矩过大引起管道支架破坏。
2.2 管道的热膨胀补偿
管道设计中应充分重视热膨胀补偿，增大管系的柔性，以减小由管道热胀、冷缩等位移荷载作用产生的力、力矩和应力。
管道的热膨胀补偿可采用自然补偿和利用补偿器补偿两种方式。
（1）管道的自然补偿
是利用管道布置自身的长度、弯曲和扭转产生的变形来吸收管道
的热伸长，以增大管系的柔性。当自补偿无法满足补偿要求时，可设置补偿器进行补偿。
（2）补偿器补偿
常用的管道补偿器有：П形补偿器、波形补偿器、套管式补偿器或球形补偿器。选择补偿器时应注意它适用的压力、温度和补偿量条件，保证可靠的运行。
2.3 管道柔性分析与计算的主要工作
2.3.1 主要工作
计算管道在热胀、冷缩、端点附加位移和支吊架约束（限位）等位移荷载作用下产生的力和力矩（含冷、热交替下的力和力矩范围，下同）。
2.3.2 结果
管道柔性计算得到的力和力矩，做为应力计算的输入，可用于判断管道对设备的推力和力矩是否在设备所能安全承受的范围内。
柔性计算得到的支吊架荷载和位移作为管道支吊架的设计输入。
2.4 管道柔性分析与计算的基本假定
（1）假定整个管系为弹性体。管道由弹性材料组成，服从虎克定律。
（2）管系是一个连续的整体，材料的一些物理量，例如应力、应变、能够用连续函数来描述。
（3）管道材料的各种物理性质，在各个方向都是相同的。
2.5 补偿值的计算
2.5.1 管道一般以设备连接点或固定点分为若干管段，设备连接点或固定点之间互相连接的各管段，构成一个独立的计算管系，统一进行挠性分析和计算。
2.5.2 在进行作用力和力矩计算时，应采用右手定则的直角坐标系作为基本坐标系。基本坐标的原点可以任意选择，一般Z 轴为向上的垂直轴，X 轴为沿主厂房纵向的水平轴，Y 轴为沿主厂房横向的水平轴。
2.5.3 当端点无附加角位移时，计算管系（或分支）的线位移全补偿值可按下列公式计算：
AB t A B X X X X ∆-∆-∆=∆ （式2.5.3－1）
AB t A B Y Y Y Y ∆-∆-∆=∆ （式2.5.3－2）
AB t A B Z Z Z Z ∆-∆-∆=∆ （式2.5.3－3）
)t t )(X X (X amb A B t AB t --α=∆ （式2.5.3－4）
)t t )(Y Y (Y amb A B t AB t --α=∆ （式2.5.3－5）
)t t )(Z Z (Z amb A B t AB t --α=∆ （式2.5.3－6）
式中：
∆X ，∆Y ，∆Z －计算管系（或分支）沿坐标轴X 、Y 、Z 的线位移全补偿值，mm ；
∆X B ，∆Y B ，∆Z B －计算管系（或分支）的末端B 沿坐标轴X 、Y 、Z 的附加线位移，mm ；
∆X A ，∆Y A ，∆Z A －计算管系（或分支）的始端A 沿坐标轴X 、Y 、Z 的附加线位移，mm ；
∆X t AB ，∆Y t AB ，∆Z t AB －计算管系（或分支）AB 沿坐标轴X 、Y 、Z 的热伸长值，mm ；
αt －钢材从20℃至工作温度下的线膨胀系数，10－6/℃；
X B ，Y B ，Z B －计算管系（或分支）的末端B 的坐标值，mm ； X A ，Y A ，Z A －计算管系（或分支）的始端A 的坐标值，mm ； t －工作温度，℃；
t amb －计算安装温度，可取用20℃，℃。
2.5.4 当管道各方向（沿坐标轴X 、Y 、Z ）采用不同冷紧比时，应计算管道在冷状态下各方向的冷补偿值。它的数值等于该方向的冷紧值，即：
cs AB 20X X ∆=∆ （式2.5.4－1）
cs AB 20Y Y ∆=∆ （式2.5.4－2）
cs AB 20Z Z ∆=∆
（式2.5.4－3） 式中：
ΔX 20，ΔY 20，ΔZ 20－计算管系（或分支）沿坐标轴X 、Y 、Z 的线位移冷补偿值，mm ；
ΔX cs AB ，ΔY cs AB ，ΔY cs AB －计算管系（或分支）AB 沿坐标轴X 、Y 、Z 的冷紧值，mm 。
2.6 冷紧
冷紧是指在安装时使管道产生一个预变形的一种方法。通过这种预变形使管道在安装状态下对设备或固定点预先施加一个与操作（运行）状态时相反的作用力。
冷紧可以减少管道运行初期的热态应力和管道对于端点或设备的热态推力，并可减少管系的局部过应变。由于冷紧并不改变热胀应力范围，所以它不能改善热胀二次应力的校核结果。
冷紧比为冷紧值与全补偿值（安装状态到热状态的总变形值）的比值。冷紧比的数值在0－1之间，冷紧比为0时表示没有冷紧，冷紧比为1时表示100％冷紧。
冷紧有效系数是指实际有效的冷紧值与理论冷紧值之比。考虑到在实际管道安装过程中理论冷紧值往往难以完全实现，所以一般将冷
紧有效系数取为2/3，即对工作状态取2/3，对冷状态仍取1。
2.7 柔性系数与应力增加系数
在求解管系作用力的变形协调方程组时，通常以直管所在平面内弯矩作用下的刚度作为计算刚度，对管系中不同规格的管子和管件都要换算至同一规格的直管的刚度进行计算。管系中的弯管元件，在弯矩作用下与直管相比，刚度将降低，即柔性增大，同时应力亦将有所增加。因此，在计算弯管和其它管件时，要考虑它的柔性系数和应力增加系数。
2.7.1 柔性系数
弯管的柔性系数表示弯管相对于直管在承受弯矩时柔性增大的程度。其数值等于在相同变形条件下，按一般弯曲理论求出的弯矩与考虑弯管截面扁平效应时求出的弯矩之比值。
2.7.2 应力增加系数
弯管的应力增加系数是指弯管的最大弯曲应力和直管中受同样弯矩所产生的最大弯曲应力的比值。要用理论公式来计算应力增加系数将十分困难。所以，工程上采用的应力增大系数是通过管件疲劳试验得出的经验公式来计算。
2.8 作用力和力矩计算的基本方法
管系结构是一种超静定结构。管道的作用力和力矩计算以弹性理论为基础，可以采用结构静力学中的方法和位移法。
早在上世纪三十年代和四十年代，人们就已应用结构力学超静定结构的方法，求解管系的内力。采用较早而又比较成熟和简便的方法是弹性中心法。它是一种简化方法，将计算管系当作一根无重量的弹性线，不考虑管道自重和支吊架的束缚影响。
随着高温高压设备的应用，管道承受的温度和压力越来越高，管
子直径和壁厚越来越大，管道的自重已不容忽视，而且在布置上往往需要采用多分支管系或环状管系。因此，仅仅采用简化的方法就不能适应发展的需要。
为了完成各种复杂管系的计算，人们直接用超静定结构计算的基本方法－力法求解，并且考虑管道承受的集中载荷和均布载荷。根据卡氏定理，一个力的作用点沿此力方向的线位移，等于其变形能对该力的偏导数，一个力矩作用点沿此力矩方向的角位移，等于其变形能对该力矩的偏导数，然后列出由弹性变形能求线位移和角位移的方程组，并通过变形协调方程求得计算管系端点的作用力和力矩，由此，成功地应用了变形能微分法。
在上世纪五十年代，人们开始运用结构分析的矩阵方法来计算管系，求解管系端点的作用力、力矩和位移。矩阵理论表述简洁，便于描述多种荷载对复杂管系的作用，也便于利用电子计算机进行计算。经过二十多年的努力，加上计算机的普及，我们在七十年代末研究应用了等值刚度法、有限单元法、追赶位移法来计算复杂管系。
到上世纪九十年代，国内计算程序不断完善，同时又引进了国外的计算软件，都可以进行柔性分析和应力验算。目前在工程上应用的有很多软件，例如，长沙易优软件有限公司开发的优易管道集成软件包中的管道应力分析AOTO PSA软件，从美国EBASCO公司引进的2010管道应力计算程序，由美国COADE公司编制的国际通行的管道分析软件CAESARII，由英国SUNRISE SYSTEM LIMITED公司开发的管道分析软件PIPENET等。
2.9 管道对设备的推力和力矩的计算
2.9.1 主要计算工况
（1）按热胀、端点附加位移、有效冷紧、自重和其他持续外载
式中：
R t－管道运行初期在工作状态下对设备（或端点）的推力（或力矩），N或N.mm；
R20－管道运行初期在冷状态下对设备（或端点）的推力（或力矩），N或N.mm；
R120－管道应变自均衡后，在冷状态下对设备（或端点）的推力（或力矩），N或N.mm；
R E－计算端点对管道的热胀作用力（或力矩），按全补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算，N或N.mm；
－冷紧比；
[σ]t－钢材在设计温度下的许用应力，MPa；
σE－热胀应力范围，MPa；
E t－钢材在设计温度下的弹性模量，kN/mm2；
E20－钢材在20℃时的弹性模量，kN/mm2。
以上公式中，R t、R20、R120、R E均为一组力和力矩，包括Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz六个分量。
2.9.4 当管道各方向（沿坐标轴X、Y、Z）采用不同的冷紧比时，在不计及持续外载的条件下，管道对设备（或端点）的推力（或力矩）可按下列方法计算：
（1）按冷补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算的冷紧作用力（或力矩），若取其相同的数值、相反的方向，即为管道运行初期在冷状态下对设备（或端点）的推力（或力矩）。然后再同式（2.9.3－3）计算出的管道应变自均衡后在冷状态下对设备（或端点）的推力（或力矩）相比较，取其大者（绝对值）作为管道在冷状态下对设备（或端点）的推力（或力矩）。
供热管道应力验算
供热管道应力验算 1 一般规定 1.1 管道的应力验算应采用应力分类法，并应符合下列规定： 1 一次应力的当量应力不应大于钢材的许用应力； 2 一次应力和二次应力的当量应力变化范围不应大于3倍钢材的许用应力； 3 局部应力集中部位的一次应力、二次应力和峰值应力的当量应力变化幅度不应大于3倍钢材的许用应力。 1.2 进行管道应力计算时，计算参数应按下列规定取值： 1 计算压力应取管道设计压力； 2 工作循环最高温度应取供热管网设计供水温度； 3 工作循环最低温度，对于全年运行的管道应取30℃，对于只在采暖期运行的管道应取10℃； 4 计算安装温度应取安装时的最低温度； 5 计算应力变化范围范围时，计算温差应采用工作循环最高温度与工作循环最低温度之差； 6 计算轴向力时，计算温差应采用工作循环最高温度与计算安装温度之差。 1.3 保温管与土壤之间的单位长度摩擦力应按下式计算： ⎪⎭ ⎫ ⎝⎛⨯⨯-+⨯⨯+=g D G D K F ρπσπμ2c v c 0421 （5.1.3-1） ϕsin 10-=K （5.1.3-2） 式中：F ——单位长度摩擦力（N/m ）； μ——摩擦系数； c D ——外护管外径（m ）； v σ——管道中心线处土壤应力（Pa ）； G ——包括介质在内的保温管单位长度自重（N/m ） ； ρ——土壤密度（kg/m 3），可取1800 kg/m 3； g ——重力加速度（m/s 2） ； 0K ——土壤静压力系数； ϕ——回填土内摩擦角（° ），砂土可取30°。 1.4 土壤应力应按下列公式计算： 1 当管道中心线位于地下水位以上时的土壤应力： H g ⨯⨯=ρσv （5.1.4-1） 式中：v σ——管道中心线处土壤应力（Pa ） ρ——土壤密度（kg/m 3），可取1800 kg/m 3； g ——重力加速度（m/s 2） ；
钢管的应力分析和变形计算
钢管的应力分析和变形计算钢管是一种常用的建筑材料，它具有高强度、抗压性能强等特点，在建筑工程中扮演着重要的角色。而在使用钢管时，钢管所承受的力量会导致钢管产生应力和变形，因此对钢管的应力分析和变形计算是非常重要的。 一、钢管的应力分析 钢管所承受的力量主要有压力、弯曲力和剪切力等。在这些力量的作用下，钢管内部会产生应力。为了保证钢管的安全工作，需要进行应力分析。 1. 压力的作用 当钢管受到垂直于其轴线方向作用的力时，钢管内部会产生等大反向的应力。假设钢管受到的压力为P，钢管直径为d，钢管壁厚度为t，钢管的应力σ可以按以下公式计算： σ=P/(πd*t)
2. 弯曲力的作用 当钢管受到弯曲力作用时，钢管的弯曲应力最大。在这种情况下，可采用莫尔-库伦公式来计算钢管的应力，公式如下： σ=M*y/I 其中，M为弯曲力矩，y为点到钢管中心轴线的距离，I为钢管截面惯性矩。 3. 剪切力的作用 当钢管受到剪切力作用时，钢管产生剪切变形并产生剪切应力，采用最大剪切应力理论进行计算可得： τ=F/(2A) 其中，F为作用于钢管上的剪切力，A为钢管的横截面积。 二、钢管的变形计算
钢管受到力量作用时，其会产生变形。变形计算是为保证钢管在受力的过程中不超过允许变形量所必需的计算。 1. 弹性变形计算 钢管在受到作用力时会产生弹性变形。当钢管的受力时限制在弹性范围内，可采用胡克定律进行弹性变形的计算。假设当钢管受力后变形量为ΔL，弹性模量为E，作用力为P，则弹性变形量可按照以下公式进行计算： ΔL=PL/(AE) 2. 塑性变形计算 当钢管受到的力量超出了材料所能承受的弹性极限后，钢管会产生塑性变形。而塑性变形后的钢管形状难以计算，因此在进行变形计算时通常采用杆件理论进行处理。
管道应力分析
管道应力分析 应力分析 1. 进行应力分析的目的是 1) 使管道应力在规范的许用范围内； 2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准； 3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载； 4) 解决管道动力学问题； 5) 帮助配管优化设计。 2. 管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？ 答：管道应力分析分为静力分析和动力分析。 1) 静力分析包括： (l)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算――防止塑性变形破坏； (2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算――防止疲劳破坏； (3)管道对设备作用力的计算――防止作用力太大，保证设备正常运行； (4)管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据； (5)管道上法兰的受力计算――防止法兰泄漏； (6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。 2) 动力分析包括： (l)管道自振频率分析――防止管道系统共振； (2)管道强迫振动响应分析――控制管道振动及应力； (3)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振； (4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。 3. 管道应力分析的方法
管道应力分析的方法有：目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。选用什么分析方法，应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。 4. 对管系进行分析计算 1) 建立计算模型（编节点号），进行计算机应力分析时，管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点： (1) 管道端点 (2) 管道约束点、支撑点、给定位移点 (3) 管道方向改变点、分支点 (4) 管径、壁厚改变点 (5) 存在条件变化点（温度、压力变化处） (6) 定义边界条件（约束和附加位移） (7) 管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件） (8) 定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力、风载、雪载等） (9) 需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点) (10) 动力分析需增设点 2) 初步计算（输入数据符合要求即可进行计算） (1) 利用计算机推荐工况（用CASWARII计算，集中荷载、均布荷载特别加入） (2) 弹簧可由程序自动选取 (3) 计算结果分析 (4) 查看一次应力、二次应力的核算结果 (5) 查看冷态、热态位移 (6) 查看机器设备受力 (7) 查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载）
管道应力分析报告
管道应力分析报告 1. 引言 管道是现代工业中常见的设备，承载着流体或气体的输送任务。然而，由于长 期使用、环境变化以及操作失误等原因，管道常常会受到应力的影响，从而导致管道的损坏和失效。因此，对管道应力进行分析和评估是至关重要的。 本报告将介绍管道应力分析的步骤和方法，以帮助工程师和技术人员有效地评 估管道的安全性和可靠性。 2. 步骤一：收集管道信息 在进行管道应力分析之前，首先需要收集有关管道的相关信息。这包括管道的 材料、尺寸、几何形状以及工作条件等。通过收集这些信息，可以更好地了解管道的特性和使用环境，为后续的分析工作打下基础。 3. 步骤二：确定边界条件 边界条件是管道应力分析的基础，它描述了管道在特定条件下的受力情况。根 据实际情况，边界条件可以包括管道端部的固定或自由支撑、管道连接处的约束等。通过确定边界条件，可以更加准确地模拟管道在实际工作中的受力情况。 4. 步骤三：建立数学模型 建立数学模型是进行管道应力分析的关键步骤。根据管道的几何形状和边界条件，可以选择适当的数学方法和工具来建立模型。常用的方法包括有限元分析、解析法等。通过建立数学模型，可以计算出管道在不同位置和方向的应力分布情况。 5. 步骤四：计算应力分布 在建立数学模型之后，可以进行应力计算。根据所选的数学方法和模型，可以 通过计算得到管道在不同位置和方向上的应力大小。这些应力值可以用于评估管道的安全性，并进行必要的修复和改进。
6. 步骤五：评估管道安全性 根据得到的应力分布结果，可以对管道的安全性进行评估。根据国际标准和规范，可以确定安全应力范围。如果管道的应力值超过了安全范围，需要采取相应的措施，如增加支撑、加固结构等，以保证管道的安全运行。 7. 步骤六：制定改进方案 如果管道的应力分布结果不符合要求，需要制定相应的改进方案。改进方案可以包括优化管道的设计、改变工艺条件、增加支撑等。通过合理的改进方案，可以有效地降低管道的应力水平，提高管道的安全性和可靠性。 8. 结论 管道应力分析是保证管道安全运行的重要环节。通过收集管道信息、确定边界条件、建立数学模型、计算应力分布、评估管道安全性以及制定改进方案等步骤，可以全面地分析管道的应力情况，并采取相应措施保障管道的安全性。在实际工程中，工程师和技术人员应根据具体情况选择合适的方法和工具，确保管道应力分析的准确性和可靠性。 以上是对管道应力分析报告的步骤和方法的介绍，希望能够为相关人员提供参考和指导。通过科学的管道应力分析，可以有效地预防和解决管道问题，提高工业生产的安全性和可靠性。
化工管道设计中的管道应力分析
化工管道设计中的管道应力分析 摘要：近年来，化工领域越来越重视管道设计技术，并且取得了很大的进步 与发展。管道设计的基础与管道应力的计算，其主要分析的是在各种不同荷载作 用下所形成的应力、力矩和力，以便于提高所设计管道的经济性、科学性和安全性。如今，管道应力分析在材料规划、优化设计和安全生产等方面都起到了非常 重要的作用，并且在电力、化工、石油等燃化工业管道设计中有着非常重要的地位。鉴于此，文章首先分析了化工管道应力的类别，然后对石油化工管道应力设 计方面的内容进行了研究，以供参考。 关键词：石化管道；应力分类；设计措施 1化工设计中常见的应力类型分析 对于管道来说，通常其处在内压和持续外载以及冷缩的条件下，相应的最大 应力往往会超出材料的屈服限度，加之高温管道出现的应力松弛，相应的管系的 应力状态也会出现极大的变化。针对不同种类的应力，应做出与之相对应的处理，这样所达到的限定效果才会更为理想。通常情况下，管道的应力主要分为一次应力、二次应力和峰值应力等三类。 1.1一次应力 所谓一次应力，主要是因外加荷载等形成的应力，例如压力和重力等。具体 来看，其并不能自我限制，且会随着荷载的增加而增加，在超过材料的极限时， 管道即会出现塑性变形甚至是破坏的情况。另外，管道所受到的风载荷以及地震 载荷同样属于一次应力，相应的处理可根据其具体的特征进行。 1.2二次应力 化工管道的二次应力通常是在运行过程中受到温度的影响所产生的一种应力 现象。化工管道二次应力的大小与管道设计过程中选择的材料性能指标有着紧密 关联。二次应力是因为运行过程中管道环境温度升高，致使管道材料出现胀缩。
与一次应力相比，二次应力带有明显的自觉性和自限性，如果化工管道制造材料 自身的荷载数值已经超过其承载能力的极限，部分管道就会因为无法承受较大的 外部荷载力，出现较小区域内的塑性变形。化工管道在经过一段时间的塑性变形 之后，可结合管道的具体受力状况进行分析，确保整个管道的应力分布保持一种 较为均匀的状态，将塑性变形区的应力进行适当处理，可使变形较为严重的区域 逐渐恢复。由此可以看出，设计人员在化工管道设计工作实施的过程中，需要综 合考虑管道运行状况对二次应力产生的各种影响。 1.3峰值应力 此类应力主要是在管道或附件局部结构不连续或是局部热应力效应的条件下 形成。具体来看，其的变形并不突出，但却会在短期内出现根源性的衰减，疲劳 裂纹或是脆性破坏多与其有关。另外，管道附件上小半径圆角以及焊缝不佳所形 成的应力也属于这样的情况。 2管道应力分析目的 管道应力分析旨在将管道的强度、刚度及振动等难题妥善处理，运用科学的 方式，有效布置、安装、配置管道，基本要求包括下面几点：（1）保障管道系 统设计安全性管道安全性能的总体要求涵盖了耐压强度、耐腐蚀性及密封性。（2）保障装置运行的安全性要是管道布置存在安全隐患，就会导致整个装置运 行过程中存在极大的风险，还会存在各种应力难题。例如，在温度变化的条件下，管道会形成过大的热应力，进而引发下列问题：设备管口被拉坏或是顶坏的风险 增加，各管件连接处被破坏，甚至会导致燃烧或是爆炸的严重事故。此外，要是 动力设备，如果震源的激振和管系固有频率一致，整个装置系统就会产生共振的 现象，这时候，设备及其相连的建筑物就会被严重损坏。 3化工管道设计中削减管道应力的有效措施 3.1选取合适的管道支吊架架设方案 支吊架主要用于电厂汽水管道或锅炉设备、在运行中产生热位移，是管道系 统中非常重要的一个环节。支架的架设要求需要首先对管道受力情况进行全面详
管道工程中的应力与应变分析研究
管道工程中的应力与应变分析研究 管道工程是现代工业中不可或缺的一部分，它们承担着输送液体、气体和其他 物质的重要任务。在管道工程中，应力与应变分析是一项关键的研究领域，它对于确保管道的安全运行具有重要意义。 在管道工程中，应力是指管道内部或外部所受到的力的作用。而应变则是指由 于受力而导致的变形程度。了解管道中的应力与应变分布情况，可以帮助工程师评估管道的结构强度，并采取适当的措施来预防管道的破裂或泄漏。 首先，我们来探讨管道内部的应力与应变分析。管道内部的应力主要来自于压 力的作用。当管道内部流体的压力增加时，管道壁会受到压力的挤压，从而产生应力。这些应力会导致管道的变形，并且随着压力的增加而增大。因此，工程师需要对管道内部的应力进行准确的分析，以确保其结构的稳定性。 其次，我们来讨论管道外部的应力与应变分析。管道外部的应力主要来自于土 壤和周围环境的作用。当管道埋入土壤中时，土壤的重力会对管道产生压力，从而导致管道壁产生应力。此外，温度变化、地震和其他外部因素也会对管道产生应力。因此，工程师需要对管道外部的应力进行全面的分析，以确保管道在各种外部条件下的稳定性。 为了进行应力与应变分析，工程师通常会使用有限元分析等计算方法。有限元 分析是一种将连续体分割成有限数量的小元素，然后通过数值计算方法来模拟物体的行为的技术。通过将管道划分成小的元素，工程师可以更精确地计算管道中的应力与应变分布情况。这种分析方法可以帮助工程师预测管道在不同工况下的应力响应，并为管道设计和维护提供重要的参考依据。 除了应力与应变分析，工程师还需要考虑管道的材料特性。不同的材料对应力 和应变的响应有所不同。因此，在管道工程中选择合适的材料也是至关重要的。工程师需要考虑材料的强度、韧性、耐腐蚀性等因素，以确保管道的安全运行。
工业管道应力分析
工业管道应力分析 一．为什么要进行管道应力分析 1.什么是应力？ 通常讲：物体内某一点的应力是指物体内该点单位面积上的内力。 按应力对管道的破坏作用，可分为：一次应力（primary stress），二次应力（second stress），峰值应力（peak stress）。 一次应力指由于外加荷载，如：压力或重力等的作用产生的应力。 其特征为：一次应力满足和外加荷载的平衡关系，随外加荷载的增加而增加，且无自限性，当其值超过材料的屈服极限时，管道将产生塑性变形而破坏。因此在管子的应力分析中，首先应使用一次应力满足许用应力值。 二次应力：由于变形受到约束所产生的正应力或剪应力，它本身不直接与外力相平衡。二次应力的特征： （1）管道内二次应力通常由位移荷载引起的（如热胀冷缩、附加位移、安装误差、振动荷载等）。 （2）二次应力是自限性的，当局部屈服和产生少量塑性变形时，通过变形协调就能使应力降低下来。 （3）二次应力是周期性的。 （4）二次应力的许用极限取决于交变的应力范围和交变的循环次数。 峰值应力是由于荷载，结构形状的局部突变而引起的局部应力集中地最高应力值。工程上一般采用应力集中系数进行简化求解。 2.管道应力分析的目的 保证装置运行的安全性 管道布置不合理，将会使整个装置运行存在安全隐患，例如：由于管道热应力而导致管架被推坏，设备管口被撕裂或被顶坏，弯头，三通外裂缝，以及法兰泄露的现象，如果管子固有频率与震源的频率相同，则整个装置系统会发生共振。如压缩机的震动，大型水泵的震动等。 问大家一个问题，管子的固有频率是高好？还是低好？ 管系发生共振的条件是压缩机或往复泵的激振频率与管系的固有频率相同或接近。
浅谈压力管道应力分析及计算
浅谈压力管道应力分析及计算 摘要：压力管道在工业生产或社会建设中被越来越广泛的使用，以其自身的特殊性和有针对性的特点，成为工业社会的一个重要课题。管道质量及应力的大小直接影响到工程的质量及安全事故的发生率，应力的分析与计算也显得十分重要。压力管道应力可分为一次应力、二次应力及峰值应力，三种类型，各种类型应力的特点各有不同，可以通过科学的方法如CAESAR II分析系统及复杂的公式多次计算，得出准确数值。 关键词：压力管道应力分析计算 随着我国现代化技术的革新，工业蓬勃发展，国家大力支持公共设施建设项目，油田建设、大兴水利、天然气工程、南水北调工程等，压力管道成为最常见设备之一，其承担着输送易燃易爆能源、放射性及高腐蚀性物资的重大任务。压力管道的安全与质量问题也成为从设计、安装、维护到使用等各个环所有相关部门都关注的重点防范问题，但其生产和使用过受到各种荷载因素的影响，加之自身应力的原因，使得压力管道事故频频发生，成为重大公共安全隐患，其也是国家相关安全监督管理项目之一[1]。压力管道的应力分析与计算成为各种建设项的必要课题。现对当前常用的压力管道应力进行分析及计算，相关报告如下： 一、压力管道的特点 压力管道在工作过程中所承担的重任和性质的特殊性，使其呈现出与一般管道与压力容器完全不同的特性，按照使用领域来划分，压力管道了分为一般工业压力管道和大跨度的公用管道，具体分以下几点：①工业压力管道构建出现代工业化生产体系，其特点是连接点多，管道的弯曲较多，分布密度大。各个车间职能不同，使用的压力管道材料、规格要求各不一样，降低了整个系统的均衡质量。生产过程中影响荷载的因素众多，如温度、运送物资质量、密度、化学性质等[2]。②大跨度公用管道该类工程均跨越地理、气候各不一样的省市，有以下几个特点即长度极大，压力荷载复杂，性质不稳定，且受自然条件影响较多，如地质压力、风雪天气、地震塌陷等。各项安全指标的测量准确度不高，维护难度大。 二、压力管道应力的分类 在使用过程中，压力管道会受到各种荷载的影响，发生弯曲、变形、断裂等现象，也使得压力管道的安全管理问题难度很大，也直接影响到压力管道的使用寿命。因此压力管道的应力分析十分必要。一般压力管道应力分为以下三种：①一次应力一次应力是压力管道在对抗外在载荷时所必须的内部应力，其随着外力的增大而增大，且始终保持微妙的平衡关系，具有非自限性的特点。一次应力按照分布状况又可分为三个类型：一次整体薄膜应力、一次局部薄膜应力、一次弯曲应力；②二次应力二次应力（Q）与外部荷载没有直接关系，而是自身结构上的各个部件的组合、连接，互相作用变形产生的正应力。在管道受到外部荷
关于压力管道的应力分析
关于压力管道的应力分析 【摘要】压力管道的应力问题在管道检验过程中都会涉及到的，由于压力管道应力的分析和计算过程都要求相对高的技术，这对于检验技术人员来说是很难完成的。因此，本文着重对压力管道应力分析的内容、应力特征、应力分类以及校核准则进行了论述，以便于为分析人员提供了有效的理论依据。 【关键词】压力管道应力分析一次应力二次应力 压力管道的应力影响着压力管道在安装后的安全使用，所以进行应力分析是很有必要的，压力管道应力分析的内容相对较多，主要体现在以下几个方面。 2 压力管道应力分析的特征 压力管道在应力分析过程中还不够严谨，其中还存在着一些缺陷，其主要原因是因为压力管道应力由历史根源所造成的校核准则存在不足，但压力管道应力分析有着自身的特点，主要体现在以下几个方面： （1）在压力管道的应力分析之中，没有考虑管道的薄膜应力和局部弯曲应力，从而导致一次应力中没有对一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力和一次弯曲应力进行细分；在一次应力校核准则中往往忽视了对一次弯曲应力和一次局部薄膜应力进行校核，而只对一次总体薄膜应力进行了校核。 （2）计算一次应力主要是为了避免管道在安装的时候承受不住压力而塌下来。计算二次应力是为了防止管道在发生热变形之后是否会出现问题，通过二次应力计算管道是否发生偏移、移位，并防止并排管道所产生的相互影响。 （3）二次应力校核具有着自身的操作方式，最主要是针对其结构的安定性，只需满足结构安定性条件，就可以避免压力管道产生低周疲劳。 （4）一次应力校核主要是校核压力管道的纵向应力，其最主要的特点是不遵循剪应力理论，二次应力校核虽然遵循的是最大剪应力，但其计算应力过程中不会计算管道轴向立，只考虑管道弯矩和扭矩的作用。 3 压力管道的应力分类及校核准则 压力管道与压力容器有所不同，对于不同的管道根据管道自身的特点都有着不同的校核准则，由于压力管道的应力分析主要侧重于对管系整体的分析，而压力容器的应力分析主要是对局部进行详细的分析，两者在应力分类的方法和校核准则上都存在着较大的差异。由于压力管道的应力分析主要是对管系整体，而不是对局部进行详细的分析。由于结构整体存在着复杂性，在进行应力分析分析的过程中需对压力管道的整体几何特征进行简化，这样有利于计算，否则在应力分析中计算太过于复杂，将严重影响到管道应力分析的结果。依目前情况来看，管
钢管应力计算
第一章总则 第1.0.1条管道应力计算的任务是：验算管道在压、自重和其它外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力，以判明所计算的管道是否安全、经济、合理以及管道对设备的推力和力矩是否在设备所能安全承受的围。 第1.0.2条本规定适用于以低碳钢、低合金钢和高铬钢为管材的火力发电厂汽水管道的应力计算。 油、空气介质的管道应力计算，可参照本规定执行。 核电站常规岛部分管道应力计算，可参照本规定执行。 第1.0.3条管道的热胀应力按冷热态的应力围验算。管道对设备的推力和力矩按在冷状态下和在工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。 第1.0.4条恰当的冷紧可减少管道运行初期的热态应力和管道对端点的热态推力，并可减少管系的局部过应变。冷紧与验算的应力围无关。 第1.0.5条进行管系的挠性分析时，可假定整个管系为弹性体。 第1.0.6条使用本规定进行计算的管道，其设计还应遵守《火力发电厂汽水管道设计技术规定》。管道零件和部件的结构、尺寸、加工等，应符合《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计》的要求。
第二章钢材的许用应力 第2.0.1条钢材的许用应力，应根据钢材的有关强度特性取下列三项中的最小值： σb20/3，σs t/1.5或σs t(0.2%)/1.5，σD t/1.5 其中σb20——钢材在20℃时的抗拉强度最小值（MPa）； σs t——钢材在设计温度下的屈服极限最小值（MPa）； σs t(0.2%)——钢材在设计温度下残余变形为0.2%时的屈服极限最小值（MPa）； σD t——钢材在设计温度下105h持久强度平均值。 常用钢材的许用应力数据列于附录A。 国产常用钢材和附表中所列的德国钢材的许用应力按本规定的安全系数确定。 美国钢材的许用应力摘自美国标准ASME B31.1。 对于未列入附录A的钢材，如符合有关技术条件可作为汽水管道的管材时，它的许用应力仍按本规定计算。
管道柔性分析与应力计算.概要
今天借这个机会和大家共同学习和探讨一下管道柔性分析与应力计算以及应力计算软件CAESARⅡ。 我们作为管道工程师，配管是我们的主要工作，占据了我们大部分工作时间。一般情况下，管道工程师在配管完成后，应将临界管系提给管道机械工程师进行管道柔性分析与应力计算，通常也简称为应力分析。我们在配管完成后，为什么要进行管道应力分析呢？ 主要有以下几个原因： 第一个原因是为了使管道应力在规范的许用范围内，保证所设计的管系及其连接部分的安全性。 第二个原因是为了使管口荷载符合标准规范的要求。 第三个原因是为了计算支撑和约束的设计荷载。 第四个原因是为了计算管道位移，从而选择合适的管架。 第五个原因是为了解决管道动力学问题，比如说：机械振动，声频振动，流体锤，压力脉动，安全阀的排放等等。 最后一个原因是为了帮助配管优化设计。 这些原因呢也构成了管机工程师需要完成的工作任务，对这些内容呢后面我们会作进一步学习。 今天我们学习的内容包括以下五个部分: 1.管道应力分析的相关理论和基础知识。我们简单的学习一下与管 道应力分析相关的一些理论和基础知识。 2.管道应力分析的理解和工作任务。 3.实际工作中的管道应力分析的工作过程。
4.管道的柔性设计。 5. CAESARⅡ管道应力计算程序。 我们首先一起学习一下应力分析的理论基础 一管道应力分析的相关理论和基础知识。 应力分析的相关理论和基础知识涉及的内容是非常广泛的，象是材料力学，结构力学，有限元，弹塑性力学等等。今天我们只学习和它关系最为密切的一些内容。如果有兴趣的话，大家可以在以后时间里进一步学习其他相关知识。 我们学习的第一点是强度理论 在管系上的任一受力点，往往受到多方向应力的作用，例如：轴向应力，环向应力，剪切应力的作用。这些应力会对管道材料的力学性能产生影响，严重时将使管道材料失效或产生破坏。这种影响程度通常用“当量应力强度”来衡量，而定量求解应力强度则要依据相应的强度理论。 涉及的强度理论主要有四种： 第一种是最大主应力理论。最大主应力理论指出材料发生断裂破坏时，其受力横截面上的最大主应力既是最危险的应力。 第二种是最大变形理论。最大变形理论是指材料发生断裂破坏时，最大变形是受力横截面上最危险的情况。 第三种是最大剪切应力理论。最大剪切应力理论是指材料的破坏或性能失效，仅取决于材料所受的最大剪切应力。 第四种是变形能理论。变形能理论是指材料的破坏或性能失效，取决
管道柔性分析与应力计算
今天借这个时机和大家共同学习和探讨一下管道柔性分析与应力计算以及应力计算软件CAESARⅡ。 我们作为管道工程师，配管是我们的主要工作，占据了我们大局部工作时间。一般情况下，管道工程师在配管完成后，应将临界管系提给管道机械工程师进展管道柔性分析与应力计算，通常也简称为应力分析。我们在配管完成后，为什么要进展管道应力分析呢. 主要有以下几个原因： 第一个原因是为了使管道应力在规的许用围，保证所设计的管系及其连接局部的平安性。 第二个原因是为了使管口荷载符合标准规的要求。 第三个原因是为了计算支撑和约束的设计荷载。 第四个原因是为了计算管道位移，从而选择适宜的管架。 第五个原因是为了解决管道动力学问题，比方说：机械振动，声频振动，流体锤，压力脉动，平安阀的排放等等。 最后一个原因是为了帮助配管优化设计。 这些原因呢也构成了管机工程师需要完成的工作任务，对这些容呢后面我们会作进一步学习。 今天我们学习的容包括以下五个局部: 1.管道应力分析的相关理论和根底知识。我们简单的学习一下与管 道应力分析相关的一些理论和根底知识。 2.管道应力分析的理解和工作任务。 3.实际工作中的管道应力分析的工作过程。
4.管道的柔性设计。 5.CAESARⅡ管道应力计算程序。 我们首先一起学习一下应力分析的理论根底 一管道应力分析的相关理论和根底知识。 应力分析的相关理论和根底知识涉及的容是非常广泛的，象是材料力学，构造力学，有限元，弹塑性力学等等。今天我们只学习和它关系最为密切的一些容。如果有兴趣的话，大家可以在以后时间里进一步学习其他相关知识。 我们学习的第一点是强度理论 在管系上的任一受力点，往往受到多方向应力的作用，例如：轴向应力，环向应力，剪切应力的作用。这些应力会对管道材料的力学性能产生影响，严重时将使管道材料失效或产生破坏。这种影响程度通常用“当量应力强度〞来衡量，而定量求解应力强度则要依据相应的强度理论。 涉及的强度理论主要有四种： 第一种是最大主应力理论。最大主应力理论指出材料发生断裂破坏时，其受力横截面上的最大主应力既是最危险的应力。 第二种是最大变形理论。最大变形理论是指材料发生断裂破坏时，最大变形是受力横截面上最危险的情况。 第三种是最大剪切应力理论。最大剪切应力理论是指材料的破坏或性能失效，仅取决于材料所受的最大剪切应力。 第四种是变形能理论。变形能理论是指材料的破坏或性能失效，取决