压力管道应力分析的内容及特点
压力管道应力分析的内容及特点
压力管道应力分析的内容及特点摘要：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。
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。
压力管道的弯管与直管连接结构应力分析
压力管道的弯管与直管连接结构应力分析压力管道通常需要在其线路中使用曲线管来满足管线的转弯需求。
这些曲线管与直管连接起来通常需要一些特殊的结构，以确保管道在工作中能够维持其正常运行。
这篇文章将会对压力管道的弯管与直管连接结构进行应力分析，探讨其应力特点和设计原则。
首先，弯管与直管连接处的应力特点需要根据管道工作环境的不同而定。
例如，在高压和高温的环境中，管道的应力水平可能会比其他工作环境更高。
但一般来说，弯管与直管连接处的应力主要来自以下几个方面：1. 管体弯曲引起的应变应力弯管的曲率半径与管径之比决定了管体在弯曲过程中所需的应变。
应变过大会导致管体产生应变能。
当弯管与直管连接时，由于曲率半径和管径的不同，管体在连接处即产生了应变，进而形成了应力。
这种应力会在管道工作后不断累计，直至形成管体的韧性断裂。
2. 管道内部介质的压力应力弯管与直管连接处由于管径不同，液体在弯管和直管连接处的流速会变化。
这种流速的变化会导致液体在连接处产生压力应力，进而形成一种压力差，即产生流动阻力。
当管道内介质的压力水平越高时，这种应力越显著。
3. 管道的自重应力管道的自重通常也会对其弯管与直管连接处产生应力。
由于曲率半径和管径的不同，连接处的管体在弯曲或水平的工作状态下会受到重力的作用，因此产生自重应力。
根据上述应力特点，设计出一种合理和可靠的弯管与直管连接结构需要遵循以下几个原则：1. 应根据弯管的弯曲半径和直管的管径来选择适当的连接件。
连接件的设计应该满足弯管和直管的直径差异，以确保连接处的应变和应力得以分散。
合适的连接件可以确保管体的韧性，并应对连结处所产生的应力和应变有所缓解。
适当的连接件还可以改善管体的流动特性，并降低压力差。
2. 连接件的安装位置及其环境应符合相关的标准和要求。
连接件应安装到充分的标准上，选取合适的材料和工艺。
同时，安装环境也应满足相关的要求，如适当的温度和湿度。
任何其他环境条件的不合规都会导致连接件安装不稳定。
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。
压力管道应力分析的内容及特点
压力管道应力分析的内容及特点关键词：压力管道；应力分析；内容特点引言：如今工业中对于压力管道的需求量在不断增加，并且如今大量的工业运输以及承载都需要用到工业管道来作为支撑。
这类管道的应用同样能够为整体工业作业提供重要的保障和保护，同时还能够提升整体工程的有效性和安全性。
但是压力管道想要良好进行工作就必须对其进行外界温度、压力以及湿度等一系列因素的考验，只有通过这些考验以及能够承受住足够压力的管道才能够投入到实际使用中。
一、管道应力分析（一）一次应力在管道应力进行分析的过程中，一次应力通常指的是一些外界因素所带来的负荷以及负载，其中包括了管道所承受的重力、内压以及风载等一系列因素产生的剪应力以及正应力。
这两种应力通常会因为其自身的特点以及特性导致了容易与外加负载形成平衡关系，但是达成了平衡关系之后外加应力并不会取消或者停止，反而还会继续增加，若是外加应力逐渐增加并且达到了一个很大的值之后就会超过材料自身所拥有的屈服极限，管道就容易受到影响从而造成了破坏，管道总体也就随之出现了破坏。
相关工作人员应当能够对一次应力进行良好的控制，在进行管道设计时就应当提前给应力留出足够的预留空间，通过这样的方式来帮助整体管道不会出现过度塑性而造成的破坏或者失效。
同时，一次应力的校核也应当结合具体的弹性分析以及极限分析等一系列要求进行处理，通过处理之后才能够准确地对一次应力进行计算，从而将其进行控制。
如图1所示。
图1一次应力受力变形曲线（二）二次应力二次应力相比较于一次应力来说会更加直接，这类应力通常都是来自于对应的热胀冷缩或者其他位移受到约束而造成的剪应力和正应力，其自身具备一个无法和外力之间构成平衡关系的特点，因此其自身也就具备了非常明显的自限性特征[1]。
基本来说材料自身会因为材料以及质量从而具备对应的屈服值，若是二次应力导致了管道的荷载超过了这种屈服极限值之后就容易对管道局部造成变形一类的影响。
这时候相关人员应当对应力重新进行分布和规划，让材料应变能够达到自均衡的要求。
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。
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。
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压力管道应力分析的内容及特点
作者：裴宝玲
来源：《中国科技纵横》2015年第19期
【摘要】伴随时代的不断进步，科学技术不停发展，我国社会的工业工程发展迅速。
将科技化的生产力逐渐融合到现代工业生产过程中的同时，压力管道的使用也越来越多样化。
压力管道是一个复杂的连通系统，能够承受来自外界和内部的共同压力，为工业执行工作操作起到重要的支撑作用。
为了更好的运用压力管道的应力作用，必须要进行对应力操作的分析，了解和掌握压力管道的应力工作内容以及特点，才能更好的完成工业技术的升级，保证良好的工作效率，提升社会生产力。
进而，促进我国社会的经济建设和发展。
【关键词】压力管道应力分析内容特点
随着科技的不断发展，在工业生产中越来越多的应用到压力管道。
压力管道作为工业承载和运输作业的重要途径，能够有效的监管和保护工业工作的正常实施。
压力管道在经历外界的空气压力、温度、湿度等方面的环境刺激，还需要接受来自内部的流通物质压力，接受双重压力的控制后还能够充分的保证工业操作的安全性，就是压力管道的应力作用。
本文针对压力管道的应力工作内容进行分析，寻找和归纳压力管道的应力操作特点，为更好的实施工业职能操作奠定良好的技术基础。
1压力管道的工作原理以及应力作用的概念
1.1压力管道的工作原理
压力管道的工作原理非常复杂，需要经受内外压力的同时进行正常的输送工作。
压力管道的输送功能不限制于材料的性质，能够通过合理的流量控制，进行材料的融合，进一步进行分离工作，实施合理的排出运送，保证材料的整体流量控制。
压力管道的工作原理是繁琐复杂的，经过非常严格的步骤控制，有输送管道进行流通，再由阀门进行控制，每个节点都要保证没有老化的胶垫和螺栓进行防渗漏的封闭保护。
在流通的过程中，要保证管道的每个环节都紧密有效的相互作用，才能控制管道内和管道外的压力不会造成管道的破裂情况出现[1]。
压力管道是一条系统生产线，因此它具有自己独特的特点。
首先，因为管道的连接性，注定了它的功能是具有相互作用力的，无论哪个节点出现问题，都会导致压力管道工作的全面瘫痪或者是出现问题。
压力管道存在工作中的风险，因为它的独特结构，决定了它的工作特性。
管道都是长链接的状态，而且没有过多空间利用。
在压力管道工作运行中，需要承受外界的自然情况侵袭，可能会出现雨水的拍打，暴风的席卷，超高的温度等等，这些情况对压力管道都会造成一定的压力，影响实际的压力管道工作效果，也可能造成管道的损坏。
各种情况的干扰就更需要管道保证坚实的工作性能，需要有各种各样的辅助材料支持，保证在细节上做到精
致。
由于可能出现的渗漏环节比较多，所以要进行闸门的监管，还要保证在设计的初期就进行严格的考量，进行反复的检测和检验，实现管道的功能性体现。
1.2压力管道应力作用概念
压力管道受到外力作用后，进行自我恢复的过程就是应力作用的实施。
在外力作用，比如温度、湿度的侵袭之后，可能出现管道的形状压迫和改变，通过管道内部的调节，进行对外力侵蚀作用的抵制，就能够进行自我恢复和形态的管控，实现应力作用的实施。
进行压力管道的内力检测，需要针对一个节点上的作用力进行测量，得到直面直观的应力数据，就能够评估出管道的压力作用效果是否可以支撑管道的长久使用[2]。
但是在运用应力作用的过程中也需要考虑到应力的副作用，可能在抵抗强烈的外因侵蚀后，在受力点出现严重的裂缝，进而导致管道的破损。
或者是因为长期的热力烘烤而出现的形态变化情况，这样的变形情况会影响正常的管道工作，导致输出的质量出现问题。
长期的侵蚀导致应力的抵抗力量过大，会出现内部的不能调节作用力，长此以往就出现了管道长度和直径的形态改变，影响正常工作需求。
2压力管道应力分析内容
压力管道的应力作用内容分为两个部分，其中之一时静力的作用，另一方面时动力的作用。
静力作用需要实现对管道的标准规格进行检测，保证施工的安全问题。
再者就是实现管道运作工程中能够严格的遵守工业设备的控制，保证管道的疏通工作准确正常的运行，还要确保管道的安全性能。
在管道的构建过程中，要准确的找到管道的支撑点，保证管道的搭建有足够的力量支撑，能够切实有效的进行日常工作的执行。
在压力管道搭建的初期，能够进行良好的设计，保证有足够的空间确实的维护管道的位置变动需求，不会影响管道的功能行使能力。
另一方面，动力管道的主要作用就是保护管道不受外力作用，能够确保管道不会被地震等灾害损坏。
还要保证管道在正常的工作频率之下进行压缩机等设备的控制操作。
压力管道的工作要能够接受大量的设备与管道流通材料时共同实现的震动作用。
在控制振动力对管道伤害的同时，要进行管道构建的设计预防，保证在安全阀的控制之下，没有超负荷的工程电流刺激[3]。
3压力管道应力安全监管
进行压力管道的静力应力作用监管，控制正常的工作荷载，实现遵循法定的技术实施功能执行。
转动器械的同时实现荷载能力的监管，充分考虑到专业器具的法定数值，必须符合使用数据要求。
比如，离心机械的要求功率必须控制在API620最有，而螺栓式机械需要控制在630左右，每个不同的机械值需要在不同的参考范围之内，严格的要求更加有助于压力管道的正常工作使用。
将压力管道的正常工作职能与防震动的功效同时监管控制，保证机械的动力运作效果正常实施，还需要监管振动现象，保证两者不互相干扰。
压力管道的正常应力范围要得到严格的监管，控制的过程中要实现范围的划分，还要保证有复查的工作操作。
4结语
文章通过对压力管道的工作性能进行了解，并且分析了应力作用的概念。
讨论了相关压力管道的应力分析内容，以及应力作用的特点。
提出相关维护建议，希望能够对工业使用和维护压力管道工作提供有效的理论支持建议。
参考文献：
[1]姚惠惠.基于ANSYS的水电站钢衬钢筋混凝土压力管道的应力分析及优化校核设计[D].太原理工大学，2008.
[2]朱立波.基于ANSYS的钢衬钢筋混凝土压力管道优化设计研究[D].太原理工大学，2010.
[3]刘兴然.30万吨/年聚丙烯装置出料与循环气压缩机系统的应力分析与设计[D].合肥工业大学，2010.。