管道应力分析与计算
压力管道应力分析
压力管道应力分析压力管道是工业生产和生活中常见的工程结构，广泛用于输送水、油、气等介质。
管道内部由于介质压力的作用而产生应力，这些应力的分析对于管道的设计和使用安全至关重要。
本文将从压力管道的应力计算方法、应力分布特点以及应力分析的影响因素等方面进行探讨。
压力管道的应力计算方法主要有两种，即薄壁理论和薄壁理论的改进方法。
薄壁理论是指在管道内径与壁厚比较大的情况下，将管道近似看作薄壁圆筒，应力集中在内径和外径处，通过简化计算得出管道内壁和外壁的应力分布。
该方法适用于绝大部分工程中的压力管道计算。
薄壁理论的改进方法包括厚壁筒薄壁环假设、都笑横断面假设等，通过考虑管道截面的几何形状以及内外径比等因素，提高了应力计算的准确性。
压力管道的应力分布特点主要有三个方面，即轴向应力、周向应力和切向应力。
轴向应力指的是管道轴线方向上的应力，主要由管道内压力和温度差引起。
周向应力指的是管道截面圆周方向上的应力，主要由内压力引起。
切向应力指的是管道截面切线方向上的应力，主要由内压力和薄壁理论简化计算引起。
在传统理论中，管道的轴向应力和周向应力一般为正值，而切向应力为零。
压力管道的应力分析受到多个因素的影响。
首先是管道的材料特性，包括材料的弹性模量、屈服强度、塑性延伸率等。
管道的材料特性直接决定了管道的耐压能力和变形能力。
其次是管道的几何形状，包括内径、外径、壁厚等。
几何形状的不同会导致管道内外径比和界面摩擦等因素的改变，进而影响应力分布。
再次是管道的工作条件，包括温度、压力等。
不同工作条件下管道内部介质的物理性质会发生变化，进而影响管道的应力分布。
最后是管道的固定和支撑方式。
固定和支撑方式的不同会引起管道的应力集中，影响管道的安全性。
为了保证压力管道的正常运行和安全性，需要进行应力分析以及补强设计。
应力分析主要通过有限元分析和解析方法进行。
有限元分析是一种常用的计算机辅助工程分析方法，通过将管道模型离散化为有限个单元，计算每个单元的应力和变形，进而得到整个管道应力分布的方法。
管道设计中的应力分析和处理技巧
管道设计中的应力分析和处理技巧刘进辉摘要从管道应力产生的原理和处理方法出发，明确的阐述了应力处理的原则。
分步叙述了管道的补偿、管道柔性分析方法的选择，图解简化计算、判断式、计算机分析中的一些技巧和方法。
主题词应力补偿管道上的应力一般分为一次应力、二次应力和峰值应力。
一次应力是指由管道所受外力荷载引起的正应力和剪应力。
二次应力是由于管道变形受约束所产生的正应力和剪应力。
峰值应力是管件的局部结构不连续，有应力集中，或有局部热应力，附加到一次应力和二次应力的总合。
一次应力和峰值应力在确定的管道和管道环境中是不会变化的，这里我想主要谈谈管道的二次应力。
由定义可知，二次应力是由于管道变形受阻而产生的，它不直接与外力相平衡，而是由管道各部分变形来适应的。
在热胀推力的作用下，管道局部屈服而产生少量塑性变形时，就会使推力不在增加，塑性变形不在发展，即有自限性。
对于塑性良好的材料，一次伸缩即使产生较大的变形也不会破坏。
只有塑性变形在多次交变的情况下，才会引起管道的疲劳破坏。
当热力管道启动时，热力由内壁向外壁传递，内外壁管道有温差，管道温度不均匀，而产生温度应力，一般计算中不考虑。
不同材料的管道和管件焊接时，由于膨胀系数和弹性模量不同，当温度升高时，相连处存在热应力。
此应力也属二次应力。
一、管道的补偿在诸多因素中，温度的变化对管道应力的影响最大，而温度升高，又会降低管道的许用应力，只有当管道在工作状态下的应力小于许用应力，管道才是安全的。
那么我们怎样才能解决管道由于各种界环境变化而形变带来的二次应力呢？简单的说就是“膨胀多少，补偿多少”！。
管道在热胀或冷紧时不受阻，或在安全应力内受阻是我们补偿的最终目的。
首先我们来明确几个重要参数：右图是一“L”型管道，A、B分别为管道的两个固定点，L1+L2=L是管道的长度，U是两个固定点间的距离，Δ是管道的膨胀量。
这里需要对Δ详细说明一下，它是管道的线性膨胀量和管道位移的矢量加和。
管道应力计算
3 推力计算
3.1 管道截面二次距
cm4
3.2 温度综合系数
3.3 管形系数
3.4 X向推力
N
3.5 Y向推力
N
3.6 合力
N
3.7 弯曲应力
Mpa
平面L型（90度）自然补偿推力和应力计算 符号或公式
数据
Do S L1; T1 T2
σ;取决于管道的材料和使用温度，见工业金属 管道设计规范
159.00 4.50 30.00
参数 1 基本参数 1.1 管道外径
管道壁厚 1.2 长臂长度L1 1.3 工作温度 1.4 环境温度 1.5 线性膨胀系数
1.6 钢管许用应力
平面L型（90度）自然补偿推力和应力计算 单位源自mm mm m °C °C /°C
Mpa
2 短臂必要长度计算
2.1 △L1
mm
2.2 短臂必要长度L2
m
2.3
120.00 0.00
0.00001266
105.00000000
△L1=L1*a*（T1-T2) L2min=1.1SQRT(△L1*Do/300) L2取值
I;动力管道设计手册，表9-4 C; L1/L2;用以在表9-5查Kx,Ky等 Kx Ky Kb Fx=9.8Kx*C*I/L1/L1 Fy=9.8Ky*C*I/L1/L1 F=SQRT(Fx*Fx+Fy*Fy) σb=0.098*Kb*C*Do/L1
45.576 5.41 5.00
652 0.288
6 52 16 825 106 33 111 12.34
管道设计中关于管道应力的分析与考虑
管道设计中关于管道应力的分析与考虑摘要：管道应力分析应该保证在设计的条件下有足够的柔性，为的是防止管道因为过度膨胀冷缩、管道自振或者是端点附加位移造成应力问题，在管道设计的时候，一部分管道要求必须进行管道应力分析和相关计算，同时还有一部分管道是不需要进行应力分析的，这种的管道分为两个部分，一种是根据实际的经验或者是已经成功的工程案例，在管道的设计中加上相应的弯管、膨胀节等环节来避免，所以就不需要进行管道应力分析，另一种就是管道的管径比较小，管道比较短，常温常压，不连接设备或者是不会产生振动，所以就不需要进行应力分析，文章就对管道的应力分析进行了详细的介绍说明。
关键词：管道设计应力分析柔性标准一、管道应力分析的主要内容管道应力分析主要分为两个部分，动力分析和静力分析：1、管道应力分析中的动力分析动力分析主要包括了六个方面，第一是管道自振频率的分析，为的是有效的防止管道系统的共振现象；第二是管道强迫振动相应的分析，目的是能够有效的控制管道的振动和应力；第三是往复压缩机（泵）气（液）柱的频率分析，通过对压缩机（泵）气（液）柱的频率的相关分析有效的防止气（液）柱的共振现象发生；第四是往复压缩机（泵）压力脉动的分析，起到控制压力脉动值的作用；第五是冲击荷载作用下的管道应力分析，可以防止管道振动和应力过大；第六是管道地震分析，为防止管道地震应力过大。
2、管道应力分析中的静力分析静力分析包括了六个方面的内容：第一是压力荷载以及持续荷载作用下的一次应力计算，为的是有效的防止塑性变形的破坏；第二是管道热胀冷缩和端点附加位移产生的位移荷载作用下的二次应力计算，通过二次应力分析计算防止疲劳破坏；第三是管道对设备产生的作用力的相应计算，能够防止作用力太大，有效的保证设备的正常运行；第四是对于管道的支吊架的受力分析计算，能够为支吊架的设计提供充足的依据；第五是为了有效的防止法兰的泄漏而对管道法兰进行的受力分析；第六是管系位移计算，防止管道碰撞和支吊点位移过大2、管道应力分析的目的对管道进行应力分析为的就是能够使管道以及管件内的应力不超过许可使用的管道应力值；为了能够使和管道系统相连接的设备的管道荷载保持在制造商或者是国际规定的许可使用范围内；保证和管道系统相连接的设备的管口局部管道应力在ASME Vlll允许的范围内；为了计算管道系统中支架以及约束的设计荷载；为了进行操作的工况碰撞检查而进行确定管道的位移；为了能够尽最大可能的优化管道系统的设计。
管道应力分析和计算解析
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。
管道应力分析及计算
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c)减少脉动和气柱共振的方法：
1)加大缓冲罐 — 依据API618计算缓冲罐的体积，一 般为气缸容积的10倍以上，使缓冲罐尽量靠近进出口， 但不能放在共振管长位置。
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。内的声速
d 0.3 ~ 0.5 D
孔板厚度=3～5mm
孔板位置 — 在较大缓可编冲辑课罐件PP的T 进出口均可
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d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。
改90。为弯头45。弯头。
e)改变（提高）管线的固有频率，使其远离激振力频率。
(1)共振区域
6、优化配管设计
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2
二、管道应力分析基础知识
2.1、应力、应变及应力状态
2.2、材料的机械性能
2.3、强度理论
2.4、管道变形的基本形式
2.5、管道中的应力状态
2.6、管道应力分类
2.6.1、应力分类校核遵循的原则
2.6.2、管道应力分析中的应力分类
2.6.3、管道应力分析中一次和二次应力超标原因
b）限位架：限位架的作用是限制线位移。在所限制的轴 线上，至少有一个方向被限制。
c）定值限位架：在任何一个轴线上限制管道的位移至所 要求的数值，称为定值限位架。
d）固定架：限制管道的全部位移。
3）减振架：用来控制或减小除重力和热膨胀作用以外的 任何力(如物料冲击、机械振动、风力及地震等外部荷载) 的作用所产生的管道振动的支架。
(6)限位架 2 限制性管架
(7)轴向限位架
用于限制任一方向线位移的场合； 用于限制管道轴向线位移的场合；
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。
石油化工设计中管道的应力分析
石油化工设计中管道的应力分析石油化工设计中，管道的应力分析是至关重要的一环。
在石油化工项目中，管道系统承载着各种化工介质，其正确的应力分析可确保管道系统的安全运行。
本文将从管道应力的定义、应力分析的重要性、应力分析的方法以及应力分析的应用等方面进行详细介绍。
一、管道应力的定义管道应力是指管道在内外载荷作用下所产生的应力状态。
内载荷包括介质压力、介质温度变化引起的热应力等，而外载荷则包括风载荷、地震作用、管道施工过程中的施工载荷等。
在石油化工设计中，管道应力主要包括轴向应力、周向应力和剪切应力等。
二、应力分析的重要性管道应力的分析对石油化工项目的安全稳定运行至关重要。
正确认识管道的应力状态能够避免管道系统出现过度应力破坏、应力腐蚀裂纹等问题，从而保障生产系统的安全稳定运行。
合理的应力分析还可以指导设计人员优化管道系统的设计，提高其运行效率，减少资源浪费。
1. 模拟分析法：通过有限元分析软件对管道系统进行模拟建模，并对不同载荷条件下的应力进行计算。
2. 经验计算法：利用经验公式或经验参数计算得到管道系统在不同载荷下的应力状态。
3. 简化计算法：将复杂的管道系统简化为理想模型，利用简化的方法对管道的应力状态进行计算。
1. 管道受力分析：对管道系统在不同条件下的受力状态进行分析，确保其能够承受外部载荷的作用，不产生过度应力。
2. 安全评估：对管道系统的应力状态进行评估，判断其安全稳定性，发现潜在问题并进行预防性维护。
3. 设计优化：通过应力分析，优化管道系统的设计方案，提高其运行效率，减少资源浪费。
4. 施工指导：在管道施工过程中，根据应力分析结果，制定合理的施工方案，确保管道系统的施工质量。
管道应力分析及计算PPT课件
⑽ 安全阀、爆破膜泄放反力计算；
⑾ 结构、建筑荷载条件；
⑿ 设备管口荷载、预焊件条件；
⒀ 编制弹簧架采购MR文件及弹簧架技术数据 表；
⒁ 编制柔性件(膨胀节、软管等)采购MR文件 及技术数据表；
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6.3、各文件应包含的内容：
⑴ 工程规定内容
A、适用范围；
L — 管段两个固定点的展开长度(m) (AB+BC+CD)
U — 管段两个固定点的直线距离(m) (AD间的直线距离)
(依据ASME/ANSI B31.1及B31.3)
公式的适用范围14
(4)应力分析
静力分析(含疲劳分析、风载荷及地 震载荷分析)
动力分析
A、静力分析包含的内容 a) 一次应力计算及评定 — 防止管道塑性变形破坏. b) 二次应力计算及评定 — 防止疲劳破坏。 c) 设备管口受力计算(及评定) — 防止作用力太大， 保证设备正常运行。 d) 支承点受力计算 — 为支吊架设计提供依据。 e) 管道上法兰受力计算 — 防止法兰泄漏。 f) 两相流及液击冲击载荷计算 — 为支吊架和结构 设计提供依据。
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)
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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)；
管道应力分析专题
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一、管道应力分析的目的
1、使管道应力在规范的许用范围内，保证管道系 统的整体安全
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：验算管道在内压、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范围内。
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范围验算。
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。
冷紧与验算的应力范围无关。
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。
第三章管道的设计参数第3.0.1条设计压力的取用管道设计压力（表压）系指管道运行中内部介质最大工作压力。