压力管道应力分析的内容及特点 马佳
管道应力分析及计算全
B、动力分析包含的内容 a)管道固有频率分析 — 防止共振。 b)管道强迫振动响应分析 — 控制管道振动及应力。 c)往复式压缩机(泵)气(液)柱频率分析 — 防止气柱 共振。
d)往复式压缩机(泵)压力脉动分析 — 控制压力脉动 值(δ值)。
C、动力分析要点
a)
振源
机器动平衡差 — 基础设计不当
⑶ 编制临界管线表(三级签署) — 应力分析管线表
静力分析
⑷ 应力分析
(三、四级)；
动力分析
⑸ 卧式容器固定端确定，立式设备支耳标高确定；
⑹ 支管补强计算；
⑺ 动设备许用荷载校核(四级)
⑻ 夹套管(蒸汽、热油、热水)计算(端部强 度计算、内部导向翼板位置确定、同时 包括任何应力分析管道的所有内容)；
三、管道的柔性设计
3.1、柔性定义及柔性设计的方法和目的 a)定义 b)目的 c)设计方法 d)端点位移考虑 3.2、是否进行详细柔性设计的判别方法 a)应进行详细柔性设计的管道 b)可以不进行详细柔性设计的管道 c)判别式的使用方法与注意事项 3.3、管道的热补偿
三、管道的柔性设计
3.4、应力增大因子 3.5、柔性分析方程 3.6、弹性模量随温度变化效应 3.7、柔性分析的另一规则
2)两台或三台压缩机的汇集总管截面积至少为进口管 截面积的三倍，且应使柱塞流的冲击力不增加。
3)孔板消振 — 在缓冲罐的出口加一块孔板。
孔径大小：
d D
4
U,
U
V气体流速 V介质内的声速
d 0.3 ~ 0.5 D
孔板厚度=3～5mm
孔板位置 — 在较大缓冲罐的进出口均可
d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。
A、当
压力管道应力分析部分
压力管道应力分析部分第一章任务与职责1.管道柔性设计的任务压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况；1)因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏；2)管道接头处泄漏；3)管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行；4)管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏；2.压力管道柔性设计常用标准和规范1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》10)GB 150-1998《钢制压力容器》3.专业职责1) 应力分析(静力分析动力分析）2) 对重要管线的壁厚进行计算3) 对动设备管口受力进行校核计算4) 特殊管架设计4.工作程序1) 工程规定2) 管道的基本情况3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计5) L型 U型管系可采用图表法进行应力分析6) 立体管系可采用公式法进行应力分析7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道8) 采用CAESAR II 进行应力分析9) 调整设备布置和管道布置10)设置、调整支吊架11)设置、调整补偿器12)评定管道应力13)评定设备接口受力14)编制设计文件15)施工现场技术服务5.工程规定1) 适用范围2) 概述3) 设计采用的标准、规范及版本4) 温度、压力等计算条件的确定5) 分析中需要考虑的荷载及计算方法6) 应用的计算软件7) 需要进行详细应力分析的管道类别8) 管道应力的安全评定条件9) 机器设备的允许受力条件（或遵循的标准）10)防止法兰泄漏的条件11)膨胀节、弹簧等特殊元件的选用要求12)业主的特殊要求13)计算中的专门问题（如摩擦力、冷紧等的处理方法）14)不同专业间的接口关系15)环境设计荷载16)其它要求第二章压力管道柔性设计1.管道的基础条件包括：介质温度压力管径壁厚材质荷载端点位移等。
《压力管道应力分析》PPT课件
• 另外，当一次应力超过屈服点时将引起管道 总体范围内的显著变形或破坏，对管道的失 效及破坏影响最大。
• 一次应力还可分为以下三种 :
• a．一次总体薄膜应力 Pm
• 一次总体薄膜应力是指沿厚度方向均匀分布 的应力，等于沿厚度方向的应力平均值。
• 一次总体薄膜应力到达材料的屈服点就意味 着管道在整体范围内发生屈服，应力不重新 分布，而是直接导致破坏。
• 一次局部薄膜应力是在构造不连续区由内压 或其他机械载荷产的薄膜应力和构造不连续 效应产生的薄膜应力统称为一次局部薄膜应 力。
• 这种应力只引起局部屈服 如管子与设备的焊接处或法兰盘与管子的连 接处。
•沿厚度的分布是均匀的还是线性的或非线性 的。
•目前，比较通用的应力分类方法是将压力管 道中的应力分为三大类：
•一次应力、二次应力和峰值应力。
• 1〕一次应力〔P〕
• 一次应力是指平衡外加机械载荷所必须的 应力。
• 一次应力必须满足外载荷与内力及内力矩的 静力平衡关系，它随外载荷的增加而增加， 不会因到达材料的屈服点而自行限制，所以， 一次应力的根本特征是“非自限性〞。
• 一套完整的工艺装置，只有通过管道按照流 程需要将工艺过程所必须的各种机械装备加 以连接才能进展正常的生产。
• 另外，工艺装置能否长期平安生产和具有足 够的使用寿命也与管道设计的好坏密切相关。
• 因此，管道设计是工业生产装置不可缺少的 重要组成局部，我们必须给予高度的重视。
• 我们所讨论的压力管道是指?压力管道平安 管理与监察规定?限定范围内的管道，管道 中通常都是高温〔或超低温〕、高压、易燃、 易爆、有毒等危险性较大的介质。
• 〔3〕零部件的重量
压力管道局部应力分析
I.
采用有限元法对特殊管件进行分析，得到应力集中系数；
II. 应力增大系数等于应力集中系数的一半。
应力增大系数应用的注意事项！
根据GB 50316、ASME B31.1和ASME B31.3的规定，计算二次应力时应 采用应力增大系数。这是由于采用应力增大系数的目的，是考虑局部应力 集中的影响，而局部应力集中主要对管件的疲劳破坏产生作用。因为局部 的高应力循环，将使材料产生裂纹并不断扩展，最终导致破坏。校核二次 应力的目的正是为了防止疲劳破坏，因此在计算二次应力时必须考虑应力 集中的影响，应该采用应力增大系数。另外，根据ASME B31.3的标准释 义，计算一次应力可不考虑应力增大系数。这主要是因为校核一次应力是 为了控制管道的整体破坏，局部的应力集中对管道的整体破坏影响不大。 另外一次应力采用弹性分析方法，认为某一点达到屈服管道失效，已经非 常保守，如果在考虑应力集中的影响将导致过分保守。
l 为了能够表示出WRC107、297计算的误差，使用有 限元分析软件(NozzlePro/FEpipe)来进行对比计算。
l 有限元法严格按照理论分析方法，结合ASME Ⅷ-2 中的应力分类来对特定结构进行应力计算，当满足 理想化假设条件时，其结果与真实应力十分接近， 并且有限元分析法不受任何几何条件的限制，计算 精度与网格划分的疏密程度相关。
可以提高至0.6
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压力管道局部应力分析
WRC107应用范围及限制条件
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压力管道局部应力分析
WRC107应用范围及限制条件
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压力管道局部应力分析
WRC297应用范围及限制条件
l WRC297继承了WRC107的一些限制条件，另外，当连接区 域的接管壁厚小于补强壁厚时，其局部应力计算值可能过于 保守
压力管道应力动态分析理论
02 压力管道应力动态分析理 论基础
材料力学基础
材料力学是研究材料在各种力和力矩 作用下的应力和应变行为的科学。它 为压力管道应力动态分析提供了基本 原理和计算方法，包括材料的弹性模 量、泊松比、剪切模量等参数的确定。
VS
材料力学还涉及到材料的强度理论， 例如最大剪应力理论、最大伸长线应 变理论和能量理论等，这些理论为压 力管道的强度设计和校核提供了依据。
意义
通过应力分析，可以优化管道设计，降低制造成本，提高设备运行效率，保障人员和财产安全。
应力分析的方法和步骤
方法
常用的应力分析方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等数值分析方法，以及基于力学理论的解 析法。
步骤
应力分析通常包括前处理、求解和后处理三个步骤。前处理阶段涉及建立模型、设定边界条件和载荷 等；求解阶段通过数值方法计算管道应力；后处理阶段则是对计算结果进行评估和优化。
04 压力管道应力动态分析理 论与其他理论的关联
与流体力学理论的关联
流体力学理论在压力管道应力动态分析中起 着重要作用，特别是在流体流动和压力分布 的计算方面。流体的动力学和热力学性质对 管道中的应力分布和疲劳寿命有显著影响。
压力管道中的流体流动可能导致管道产生振 动和应力集中，这些因素进一步影响管道的 稳定性和安全性。流体力学理论提供了流体 动力学和热力学的基本原理，有助于预测和
压力管道应力分析的未来发展方向
方向1
随着数值计算技术和计算机技术的不断发展，未来应力分析将更加精确和高效，能够更 好地模拟管道的实际运行工况。
方向2
随着新材料和新工艺的不断涌现，未来管道材料的性能将更加优异，能够满足更高压力 和温度的要求。
方向3
随着智能化和远程监控技术的发展，未来管道应力分析将更加智能化和远程化，能够实 现实时监测和预警，提高管道运行的安全性和可靠性。
压力管道强度与应力分析
一般来说，应力的值随外载荷增大而增大， 而各种材料对应力的承受能力有一个极限， 称为强度极限，当应力的值达到或超过材料 的极限时，材料就可能发生诸如过度变形、 开裂、断裂、失稳等现象，称为失效或破坏。
2、变形与应变
•一般来说，变形是指管道受外力作用，其内 部各部分之间相对位置的改变。
•应变是指管道内部各部分在单位长度上的变 形。
• 强度理论是材料或构件失效的准则，引 入安全系数，就形成了材料或构件在设 计中的许用应力。
• 在压力容器及管道设计中，强度理论作 为弹性失效准则。
• 1、Байду номын сангаас一强度理论
• • 第一强度理论又称为最大主应力理论， 这个理论在17世纪就已提出，是最早的 强度理论，故又称为第一强度理论。
• 这个理论认为材料在复杂应力情况下， 只要三个主应力中的最大拉力向到达了 简单拉伸的极限应力，材料就发生破坏。
• 因此，对上述问题，目前是根据实践中复合受力 下构件或材料的破坏现象，对之进行科学分析， 寻找导致破坏的主要原因，然后根据某一主要因 素，利用简单试验的结果，来建立复杂应力状态 下的强度条件。
• 长期以来，人们根据实践和试验的结果，对引起 构件破坏的原因，前后提出各种不同的假说。
• 这些假说经过生产实践和科学实验的不断验证， 逐步趋于完善，并能在一定范围内与实际相符合， 就上升为理论，通常称为强度理论。
管子指的是直管部分，有无缝钢管、有缝 钢管、金属管、非金属管等
管件事指将管子连接起来的元件，包括直 通、三通、四通、弯头、异径管等
还有阀门、法兰、膨胀节等
3、附属设施 附属设施是指阴极保护装置、压气站、泵站、 阀站、调压站、监控系统等； 4、安全保护装置 安全保护装置是指压力管道上连接的安全阀、 压力表、爆破片和紧急切断阀等。 5、压力管道元件间的连接方式
管道应力分析主要内容及要点
管道应力分析的原则管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。
ASME B31《压力管道规范》由几个单独出版的卷所组成，每卷均为美国国家标准。
它们是子ASME B31 压力管道规范委员会领导下的编制的。
每一卷的规则表明了管道装置的类型，这些类型是在其发展过程中经考虑而确定下来的，如下所列：B31.1 压力管道：主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分区的供热和供冷系统中的管道。
B31.3 工艺管道：主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体和制冷工厂，以及相关的工艺流程装置和终端设备中的管道。
B31.4 液态烃和其他液体的输送管线系统：工厂与终端设备剑以及终端设备、泵站、调节站和计量站内输送主要为液体产品的管道。
B31.5 冷冻管道：冷冻和二次冷却器的管道B31.8 气体输送和配气管道系统：生产厂与终端设备（包括压气机、调节站和计量器）间输送主要为气体产品的管道以及集汽管道。
B31.9 房屋建筑用户管道：主要为工业设备、公共结构、商业和市政建筑以及多单元住宅内的管道，但不包括B31.1 所覆盖的只寸、压力和温度范围。
B31.11 稀浆输送管道系统：工厂与终端设备间以及终端设备、泵站和调节站内输送含水稀浆的管道。
管道应力分析的主要内容一、管道应力分析分为静力分析析1.静力分析包括：1)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一一防止疲劳破坏；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一防止法兰汇漏。
2.动力分析包括：1)管道自振频率分析一一防止管道系统共振：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（泵）气（液）柱频率分析一一防止气柱共振；4)往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。
压力钢管安全鉴定的应力分析与强度计算
压力钢管安全鉴定的应力分析与强度计算压力钢管作为一种用于输送气体或液体的重要管道设备，其安全鉴定对于保障工业生产和人员安全至关重要。
在进行安全鉴定时，应力分析和强度计算是必不可少的步骤。
本文将针对压力钢管的应力分析和强度计算进行探讨。
一、应力分析1.1 弹性应力分析弹性应力分析通过对压力钢管所受力的计算，确定其在工作条件下的应力状态。
弹性应力可以分为轴向应力、周向应力和切向应力。
轴向应力是指压力钢管在管轴方向上受到的拉伸或压缩作用产生的应力。
其计算公式为：σz = (P * D) / (2 * t)其中，σz表示轴向应力，P表示管内的压力，D表示管道的直径，t 表示管壁的厚度。
周向应力是指在管壁厚度方向上产生的应力。
其计算公式为：σθ = (P * D) / (4 * t)切向应力是指在周向应力方向上的切应力。
其计算公式为：τ = (P * D) / (2 * t)1.2 塑性应力分析当压力钢管的应力超过弹性极限时，塑性应力开始发挥作用。
塑性应力分析需要考虑材料的屈服强度、变形硬化指数等因素。
塑性应力的计算涉及到材料的本构关系，常用的本构关系有屈服准则、应变硬化准则等。
根据材料的特性和具体情况，可以选取适合的本构关系进行计算。
二、强度计算2.1 材料的强度计算压力钢管的强度计算主要涉及材料的屈服强度和破坏强度。
屈服强度是指在材料屈服时承受的最大应力，破坏强度是指材料在极限状态下承受的最大应力。
通常采用屈服准则或破坏准则进行强度计算。
常用的屈服准则有von Mises准则、Tresca准则等，常用的破坏准则有最大应力准则、最大应变准则等。
2.2 结构的强度计算压力钢管的结构强度计算需要考虑管道本身的结构特点和外部载荷等因素。
常用的计算方法有弹性理论法、有限元法等。
弹性理论法是一种简化的计算方法，适用于结构相对简单、载荷较小的情况。
有限元法是一种更为精确的计算方法，可以考虑更复杂的结构和不同的载荷条件。
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压力管道应力分析的内容及特点马佳
发表时间：2019-10-10T10:51:38.057Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年13期作者：马佳
[导读] 压力管道应力分析是管道设计中最关键的工作之一。
管道设计应根据工业金属管道设计规范进行，进行管道设计应该从管道应力、管道材料和配管方面着手。
新疆天麒工程项目管理咨询有限责任公司 834000
摘要：压力管道应力分析是管道设计中最关键的工作之一。
管道设计应根据工业金属管道设计规范进行，进行管道设计应该从管道应力、管道材料和配管方面着手。
因为压力管道上存在复杂性的各种载荷，进行压力管道的应力分析的难度较大，导致阻碍管道设计工作，而且管道在运行和生产过程中的安全和质量关键是因为应力而存在的，因此找到管道应力分析的方法具有重要意义。
论述压力管道的应力特点和分布，能够提供给工程施工、管道选择和管道设计可靠的信息数据作参考，进而确保土建结构与管道连接的设备和管道自身的安全，保证了整个生产作业的安全，使压力管道提高使用价值。
关键词：应力；特点；压力；内容；管道
前言：压力管道具有十分广泛的应用范围，而且在各个场所中的应用作用十分关键，压力管道关键作用是运输物质，在重要的大型建设工程中应用，如冶金工程、电力工程、天然气体、石油化工等，为满足一些需要进行供给或运输。
因为外界环境因素与整个管道系统均会很大程度的影响到压力管道应力，而且会受影响于流体的流动，这使应力分析增加了复杂度，应力分析压力管道应该结合实际的管道状况，尽量将接近实际、正确的分析结果准确模拟出来。
1应力分析压力管道的涵义
在市政建设行业、化工行业、石油石化等产业普遍应用到管道，这些行业存在较高要求的工程安全指数与投资额，对压力管道进行应力分析应该对概念充分了解。
应力指的是管道构件应用在建设需要中承受的单位面积内力，其在荷载外力下形成的值较大，若是超出能够承受的材料极限强度，将造成管材失稳、破裂、变形等状况，关键在于因为外部热荷载与机械荷载导致的。
应力分析管道的状况下，能够确保良好的使用工艺装置而且保持其柔软性，精准的计算与分析热荷载与机械荷载后，获取设计管道的配件参数，计算变形与应力、应力与荷载，提供给管道配置合理的数据凭据，能够使管道产生的震动干扰减少，进而错开震源的震动频率，使管道的可靠性与安全性得到确保。
2应力分析压力管道的内容
清楚了解分析的种类是应力分析压力管道的重要前提基础，按照不同种类应力的特点，应用针对性措施是压力管道减小应力，按照压力管道承受应力的作用方向、范围、强度大小，能够将压力管道上承受的应力分类成一、二次应力与峰值应力。
应力分析压力管道的关键内容是管道材料的承受力、应力的影响因素、应力种类、管道应力分布、工作流程、分配的分析任务等。
最重要的是应力种类，关于管道的设计工作技术方面的最基本要求是对应力的种类掌握了解并且快速分析。
2.1压力管道一次应力分析内容
导致压力管道形成一次应力是因为受到一定的外载荷，致使压力管道上存在外载荷的关键原因为受影响于外界力，如风压、介质压力、重力等，通过受到的平衡受力得知外界力与一次应力具有相同的大小，一次应力伴随改变的外界力改变，所以所以具备无自限性特点的一次应力所以出于无线增大的外力影响下，压力管道将无限制增长受到的应力，进而产生压力管道变形或裂缝的现象，然而压力管道受到的应力方向相反于外界力方向。
因为压力管道受到的不确定方向的外界力，导致存在不同分布范围的应力，能够按照压力管道受到作用范围的一次应力，分成局部薄膜弯曲一次应力、一次应力与总体薄膜一次应力导致压力管道变形与破裂的关键原因在于被一次应力所影响，压力管道承受的一次应力大小若是比压力管道材料具备的塑性变形值大的状况下便会产生这种现象，进而致使运输流体在压力管道中对正常运行工程项目产生影响与损失。
所以想要防止产生一次应力超出管材具备的塑性变形值，应该压力管道承受的外界力严格控制，而且在对压力管道选取管材时保证相较于外界力管材具备的塑性变形值更大。
2.2压力管道二次应力分析内容
像气体一样，被温度所影响，流体的体积大小将受到影响，因为对于液体来讲，压力管道具备的变形性特别小，在低温或高温的状况下，压力管道会出现热胀冷缩的状况，而且因为温度等原因导致连接于压力管道的设备出现初始位移，因为管道在这些状况下形成的变形致使被约束于外界条件，如土建结构、设备管口等，使应力形成，二次应力是因为附加位移与热胀冷缩等形成的。
二次应力最基本的不同在于，二次应力没有一次应力存在的无自限性，而且二次应力不会由于改变外界力的大小而受到改变，若是外界力导致产生局部屈服的状况下，管道出现变形直到外界力和一次应力处于平衡状态，也不会影响到二次应力。
在压力管道存在很大的塑性变形值的基础上，压力管道受到初次荷载的状况下，导致破坏压力管道的原因不是二次应力，压力管道受到多次变化的荷载的状况下，导致压力管道不断降低塑性变形值，使管道产生疲劳破坏的状况，压力管道会受到二次压力重要的破坏，关于管道受到二次应力而遭到破坏的状况，并非是受到一次应力限定的破坏时间，是因为循环次数与交变的应力导致的。
2.3压力管道峰值应力分析内容
在局部范畴中压力管道遭受的应力便是峰值应力，并非是压力管道承受的最大应力值，因为压力管道具有十分复杂的形状，会产生形状突变如急转等状况，受影响于突然产生变化的荷载致使峰值应力受力于压力管道，导致产生峰值的原因紧密关系着压力管道中构成设备仪器的形式，峰值压力不会导致压力管道产生破裂与变形的现象，然而在压力管道产生疲劳受力的状况下，若是受到峰值应力将导致压力管道破裂的状况形成。
3应力分析压力管道的特点探讨
伴随我国目前不断发展的科学技术和应力分析压力管道方面不断提高的技术水平，应力分析压力管道的状况下越发能够有效、清楚的将相关应力处理，然而在处理压力管道应力管道应力方面相比于西方发达国家还有明显的差异存在，导致产生差异的关键原因在于规范的校核原则不足。
应力分析压力管道的过程中，设计人员通常情况下对局部薄膜应力和一次弯曲应力分析忽视，无法对产生一次应力的原因与受力全面的了解，进而致使对压力管道分析的数据有一定程度的差错产生，使工作人员编制的后期数据报告存在错误，从而使正常运行
压力管道受到影响。
对压力管道分析一次应力的分析目的在于防止未运行压力管道就产生破裂或产生坍塌现象，压力管道的应力分析过程在出现二次应力的分析目的在于防止使用压力管道的时和低温与高温变化的情况下产生管道凹陷与涨裂的状况，对正常的压力管道运输流体造成影响，对峰值应力分析的目的在于避免管道突变的部分产生管道破裂状况。
结束语
总而言之，因为我国是发展中国家，正在不断进行着工业化建设，使用压力管道的情况关系到各个工业领域建设。
特别是化工类工业流程，因为运送介质物料需要大量的管道，使生产系统完整形成。
所以，建设工程的设计环节，十分关键的设计管道的工作，在设计管道的过程中应力分析对管道的质量安全起到直接影响，管道是运输介质物料的重要载体，尤为关键的是管道的安全质量，有必要针对压力管道进行应力分析，对应力分析清楚分布状况与形成原因，进而能够更加有效的对管道应力问题处理解决。
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