管道柔性分析与应力计算.doc

管道柔性分析与应力计算.doc3. 实际工作中的管道应力分析的工作过程 o
今天借这个机会和大家共同学****和探讨一下管道柔性分析与应力 计算以及应力计算软件 CAESAR IIO
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****br/>今天我们学****的内容包括以下五个部分 :
管道应力分析的相关理论和基础知识。我们简单的学****一下与管 道应力分析相关的一些理论和基础知识。
管道应力分析的理解和工作任务。
4. 管道的柔性设计
5. CAESAR H管道应力计算程序。
我们首先一起学****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****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****其他相关知识。
我们学****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 于材料单位体积变形所积累的位能 （即变形能），当其达到临界值时， 则视为最危险的情况。
目前，美国和我国的管道设计规范均依照最大剪切应力强度理论编制 和实施，也就是我们前面谈到的第三个理论，此理论认为：材料最危 险的应力应是当其达到屈服点时的最大均匀剪切应力， 而该值正好等 于最大主应力与最小主应力之差。
我们学****的第二点是管道承受的荷载及其应力状态分析， 这一点是我 们作为管道工程师，在工作中经常遇到的。
管道上承受的荷载有很多种，常见的有以下几种：
（1） 压力荷载 化工管道多承受内压，也有管道在负压状态下运 行，承受外压，如真空，减压装臵中的一些管道。 内压在管壁上产生环向拉应力和纵向拉应力。而外压则在管壁 上产生环向压应力和纵向压应力
（ 2）重力荷载
什么是重力荷载呢？比如象管道自重，保温重，介质重，管道 上的积雪重等都属于重力荷载。
重力荷载可使管道产生弯曲应力，扭曲应力，纵向应力和剪切 力。
刚才谈到的压力荷载和重力荷载在管道上产生的应力都属于一 次应力。那么什么是一次应力呢？所谓的一次应力，是指由于 外加荷载， 象刚才提到的压力和重力， 他们的作用产生的应力。 一次应力的特点是：它满足与外加荷载的平衡关系，随外加荷 载的增加而增加， 没有自限性， {没有自限性就是说应力随着荷 载的增加而增加。当管道产生塑性变形时， 荷载并不随之减少。 } 当应力值超过材料的屈服极限时， 管道将产生塑性变形而破坏。
( 3)位移荷载 管道由安装状态过渡到运行状态时，由于管内介质温度的升高
或降低，管道产生热胀或冷缩使之变形。 与设备相连接的管道， 由于设备温度的变化，从而热胀冷缩引起端点位移，端点位移 也会使管道变形。 以上这些变形使管道承受弯曲， 扭曲，拉伸， 剪切等应力。这种应力属于二次应力。二次应力是由于管道变 形受到约束而产生的应力，它不直接与外力平衡。二次应力的 特点是具有自限性。就是说当管道局部超过屈服极限而产生少 量塑性变形时，应力就能降低下来，不再成比例增加。管道上 的二次应力一般由热胀冷缩和端点位移引起。
(4) 偶然性荷载 包括：风荷载，地