压力管道应力分析基础理论

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管道应力分析基础知识

管道应力分析基础知识2009-04-09 13:551. 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）(8) 查看弹簧表3) 反复修改直至计算结果满足标准规范要求（计算结果不满足要求可能存在的问题）(1) 一次应力超标，缺少支架(2) 二次应力超标，管道柔性不够或三通需加强(3) 冷态位移过大，缺少支架(4) 热态水平位移过大，缺少固定点或Π型(5) 机器设备受力过大，管道柔性不够(6) 固定、限位支架水平受力过大，固定、限位支架位置不当或管道柔性不够(7) 支吊点垂直力过大，可考虑采用弹簧支吊架(8) 弹簧荷载、位移范围选择不当，人为进行调整5. 编制计算书，向相关专业提交分析计算结果1) 计算书内容(1) 一次应力校核内容(2) 二次应力校核内容(3) 约束点包括固定点、支吊点、限位导向点和位移点冷态、热态受力(4) 各节点的冷态、热态位移(5) 弹簧支吊架和膨胀节的型号等有关信息(6) 离心泵、压缩机和汽轮机的受力校核结果(7) 经分析最终确定的管道三维立体图，包括支吊架位置、形式、膨胀节位置等信息2) 向相关专业提交分析计算结果(1) 向配管专业提交管道应力分析计算书，计算书不提供给甲方(2) 向设备专业提交设备需确认的设备受力(3) 如果支撑点、限位点、导向点的荷载较大，应向结构专业提交荷载数据(4) 将往复压缩机管道布置及支架设置提交压缩机制造厂确认6. 何谓一次应力，何谓二次应力？分别有哪些荷载产生？这两种应力各有何特点？答：一次应力是指由于外加荷载，如压力或重力等的作用产生的应力。

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。

压力管道应力分析基础理论

≤Sy/2 或者S1-S3≤Sy
管道规范将S1-S3定义为“Stress Intensity”，他必须小于材料的屈服极限
注：规范应力则是在S1-S3的基础上加入一些修正系数
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2019/11/14
规范公式与理论的关联
主应力永远按照大小排序，即S1＞S2 ＞ S3； SH（环向应力）通常是正值，规范要求使用SH来评定最小壁厚径向应力为0，假设这里是第三主应力S3；轴向应力SL，假设是正值，则在拉伸情况下，第一主应力是外
载荷产生的轴向应力分量及内压在轴向上的应力分量之和；如果SL是负值，那么SL为第三主应力而SH为第一主应力。这
将产生一个更大的应力强度（SH-SL）。这种情况通常出现在埋地管道的受压段当中。
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2019/11/14
规范公式与理论的关联
因此，规范通常使用环向应力来校核壁厚，而将轴向应力用于评定由持续性荷载引起的应力，我们称之为一次应力（ Primary Stress）
剪应力理论的形式更为简单，结果更为保守。
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2019/11/14
强度理论
管道应力分析程序通常计算应力强度（不同于规范应力，以“Stress Intensity”表示）
CAESARII按照Tresca或Mises屈服条件来计算应力强度，用户可以在配置菜单下选取；
规范默认使用Tresca——最大剪应力理论来进行计算；
往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析-----防止气（液）柱共振；往复压缩机（泵）管道压力脉动分析-----控制压力脉动值；管道固有频率分析-----防止管道系统共振；管道强迫振动响应分析-----控制管道振动及应力；冲击荷载作用下管道应力分析-----防止管道振动和应力过大；管道地震分析-----防止管道地震力过大。

管道应力基础知识

改变管道的走向选用波形补偿器或球形补偿器选用弹簧支吊架改变设备的布置（卧式容器固定端和滑动端换位）

补偿的方法有两种：自然补偿和补偿器补偿补偿器种类有三种：Π型补偿器，波形补偿器和套管式补偿器或球形补偿器。 Π形补偿器结构简单、运行可靠、投资少、在压力管道设计中广泛使用，Π形补偿器尽量布置在两固定点中间，若不能居中布置其与固定点的距离不应小于两固定点间距的三分之一。为了防止管道横向位移过大，应在Π形补偿器两侧设置导向架，导向架应与弯头有一定距离，以防止弯头处弯曲应力过大。波形补偿器能力大、占地小、但制造较为复杂，价格高，适用于低压大直径管道。套管式或球形补偿器因填料容易松弛，发生泄漏，因此很少采用。在有毒及可燃介质管道中严禁采用
施工过程中产生
对二次应力无影响
管道端点位移
与管道连接的设备膨胀
用计算机程序或有关图表计算
管道振动
长期振动荷载
管道受往复式机泵的压力脉动、两相流的压力脉动和机泵喘振而引起的振动基础较差
往复式机泵的进出口设置缓冲罐或增加管道的刚度
设备或支架基础下沉
可能引起刚度对设备或支架的作用力改变或法兰泄漏

管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据；管道上法兰的受力计算——防止法兰泄漏管系位移计算——防止管道碰撞和支吊点位移过大。

动力分析：
往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析——防止气（液）柱共振；往复压缩机（泵）管道压力脉动分析—— 控制压力脉动值；管道固有频率分析——防止管道系统共振；
作用在管道上的荷载一览表
荷载的种类一次应力内、外压力在装置运行时产生，装置运行时在操作温度下，管内属长期静荷载流体的内、外压长期静荷载短期静荷载其中包括管道、阀门、管件、隔热材料和流动介质的重量管内气体或蒸汽，在停工时由于大气的冷却，管内形成负压。由于气温升高或太阳直射使管内压力升高管道安装完毕后，进行水压试验或气压试验的荷载降雪地区的室外管道作用于室外管道由地震引起的振动机泵启动或关闭时，阀门快速启闭时和蒸汽管道暖管时等因为在运行条件下管内压力和温度有种种变化，所以取最不利的压力温度组合作为设计条件应区分均布荷载和集中荷载通常在应力分析中不考虑，必要时设真空破坏器或安全阀防止管道破坏一般试验压力根据有关规范确定按气象资料确定一般根据气象资料按静力计算一般根据有关资料按静力计算在运行规程中设定机泵启动和关闭的规定，蒸汽管暖管的规定，对大口径的水泵出口设缓闭的逆止阀，以减少冲击荷载荷载特点荷载来源注

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。

压力管道应力分析

压力管道应力分析引言压力管道作为输送流体的重要管线，承受的压力和温度都是极高的。

这样就会导致管道中的应力和变形问题，从而产生一定的安全隐患。

因此，对于压力管道的应力分析就显得尤为重要。

压力管道的应力压力管道在运行过程中，会受到各种力的作用，如内压、重力、支架反力、温度等，这些力作用在管道上，就会造成管道内部的应力，如轴向应力、周向应力、径向应力等。

•轴向应力轴向应力是指管道轴向方向的应力，通常是指由流体作用产生的内压力和拉力两部分的影响。

在管道内部，如果内压力太大，轴向应力就会增大，会导致管道的卡铁暴力现象。

•周向应力周向应力是指管道周向方向的应力，主要受到流体和温度两个因素的影响。

当管道内部温度升高，周向应力也会随之升高，如果超过极限值，就可能导致管道的破裂。

•径向应力径向应力是指与管道中心轴线垂直方向的应力，通常是由于弯曲、扭转等变形所引起的。

如果弯曲半径过小或者存在缺陷，就会导致径向应力过大，从而容易引起管道的破裂。

压力管道应力分析压力管道应力分析是针对管道内各种应力进行综合分析的过程。

在分析的过程中，通常需要采用有限元分析等方法，通过建立合适的数学模型和计算，得出管道内部的应力情况和强度，并评估管道是否存在危险的可能性。

在进行应力分析时，一般需要考虑以下几个方面。

1. 材料力学性能材料力学性能直接影响管道的使用寿命和安全性。

因此，对于材料的强度、韧性、塑性等性能参数，都需要进行准确的测定和分析。

常见的材料包括石墨、钢铁、铝合金等。

2. 工况分析针对不同的工况，管道所受的力也会不同。

因此，在进行应力分析之前，需要准确确定工况参数，如内压、外界温度等，以便进行有针对性的分析。

3. 有限元分析有限元分析是应用计算机模拟技术，将管道模型分割成有限个小模型，通过对小模型的计算和组合，分析管道内部的应力和强度分布。

这种方法可以更直观地了解管道内部应力的变化情况，有效评估管道的安全性和强度。

压力管道应力分析是管道设计和使用过程中必不可少的环节。

第5章_管道应力分析

5.1 管道应力分析基础
(五)管道的热补偿
为了防止管道热膨胀而产生的破坏作用，在管道设计中需考虑自然补偿或设臵各种型式的补偿器以吸收管道的热胀和端点位移。除少数管道采用波型补偿器等专用补偿器外，大多数管道的热补偿是靠自然补偿实现的。
5.1 管道应力分析基础
1.自然补偿
管道的走向是根据具体情况呈各种弯曲形状的。利用这种自然的弯曲形状所具有的柔性以补偿其自身的热胀和端点位移称为自然补偿。有时为了提高补偿能力而增加管道的弯曲，例如：设臵U形补偿器等也属于自然补偿的范围。自然补偿构造简单、运行可靠、投资少，所以被广泛采用。
5.1 管道应力分析基础
图5-1 应力松弛现象图
h 一加热；w 一操作；c一冷却；t 一时间；ζ一应力；ε－应变；一应力范围；一屈服点；其余符号与公式(5-2)相同[ 图(a)(b)(c)中虚线为冷紧时的曲线；实线为无冷紧时的曲线。]
5.1 管道应力分析基础
三、管道热胀及其补偿
(一)管道的热胀量和热胀方向
5.1 管道应力分析基础
球形补偿器的全转角θ，球心距L(m)和补偿能力Δ(m)三者之间的关系见式5-8、式5-9关联式。 a)对预变形法 (5-8) 2 L sin b)对非预变形法 2 (5-9)
L sin

2
5.1 管道应力分析基础
球形补偿器的球心距L越大，补偿能力越大。正常运行时不得使转角大于球形补偿器的允许值。考虑到安装误差和操作温度等误差，按球形补偿器全转角θ计算所得的Δ应比实际补偿量大1.5倍。球心距L值不得超过两个活动支架间距的80%。
5.1 管道应力分析基础
通常将两个或三个球形补偿器布臵在Z、U、L 形管道上。球形补偿器的安装方法有预变形法和非预变形法两种，如图5-11所示。三个球形补偿器的动作见图5-12。

15压力管道应力分析

压力管道应力分析
压力管道的载荷和应力分类
载荷的定义
凡是引起结构产生变形的条件称为载荷
载荷的分类 1、具有不同特征的载荷产生的应力状态，
对破坏的影响不同 2、对载荷分类可以方便研究不同载荷对结
构失效的影响
按载荷作用的时间长短分类
恒载荷持续作用于管道的载荷，如介质压力、支吊架反力、管道自重、热膨胀受约束产生的热负荷、应变自均衡产生的自拉力、残余应力等
压力管道的强度计算
参数确定

壁厚附加量C=C1+C2 无缝直管壁厚负偏差C1按下式计算：C1

100
S1
普通钢管厚度负偏差α值
钢管种类壁厚（mm）
碳素钢和低合金钢
不锈钢
≤20 ＞20
≤10 ＞10～20
负偏差α%
普通
高级
15
12.5
12.5
10
15
12.5
20
15
压力管道的强度计算
一般压力管道应力许用值的限定
一次应力的限定
内压作用下 e t
内压轴向力和持续外载作用下 zhl r t
二次应力的限定
一次应力加二次应力 1.25 f t
单独二次应力 f 1.25 0.25 t
压力管道的热应力分析
热应力概念
对于平面管系ACB，
b
B端位移为：
Δa
Δb
C
u a2 b2
B Δu
a
T a2 b2
u
Tu
A
与直接从A到B有一根管子的伸长量相同
压力管道的热应力分析
管道热应力计算

压力管道应力理论讲解

AECsoft
2020/8/15
基本应力分类
轴向应力：F/A ,PD/4t ,M/Z（弯矩导致的最大轴向应力通常出现在管壁外表面上）；
环向应力： PD/2t；径向应力：0（在外表面上不存在）；剪切应力：T/2Z（在主应力截面上，剪切应力为0）
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2020/8/15
应力状态的简化
管道应力分析的任务，实际上是在满足标准规范的前提下对管道进行包括应力计算在内的力学分析，从而保证管道自身和与其相连的机器、设备以及土建结构的安全。
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2020/8/15
什么情况下需要对管道进行力学分析？
1.管径大于75mm的管道 2.与转动、往复设备连接的管道（泵、压缩机等） 3.与空冷器、汽轮机、换热器相连的管道 4.温度高于300°C的所有尺寸管线 5.管径大于150mm，设计温度高于175°C的焊接管线 6.高压管道（高于14MPa），10MPa以上压力的管线也会出现问题，多与支架的设置有关 7.大直径薄壁管（450mm以上），或直径与壁厚比超过90的管线 8.使用特殊补偿的管线（使用膨胀节） 9.埋地管线 10.夹套管线 11.位于关键区域的管线 12.超压保护管线（安全阀） 13.压力骤增管线（水锤、气锤） 14.等等…
管道对机器、设备作用力的计算——防止作用力过大，保证机器、设备正常运行；
管道支吊架的受力计算——未支吊架设计提供依据；管道上法兰的受力计算——防止法兰泄漏；管系位移计算——防止管道碰撞和支吊点位移过大。
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2020/8/15
动态分析
动力分析则主要指往复压缩机和往复泵管道的振动分析、管道的地震分析、水锤和冲击荷载作用下管道的振动分析。
往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析-----防止气（液）柱共振；往复压缩机（泵）管道压力脉动分析-----控制压力脉动值；管道固有频率分析-----防止管道系统共振；管道强迫振动响应分析-----控制管道振动及应力；冲击荷载作用下管道应力分析-----防止管道振动和应力过大；管道地震分析-----防止管道地震力过大。

压力管道应力分析概要

3、不同性质的载荷对管道安全的影响有很大差别例如：（1）随着管内介质压力的增加，管壁的应力水平会不断加大，直至破坏，这种状态称为应力没有自限性。（2）随着管内温度增加，由于有约束存在，管壁的应力水平也会加大，但当达到一定程度时，如材料屈服，由温差产生的应力会逐渐降下来，这种性质成为应力具有自限性。
• （2）二次应力的强度条件 • 二次应力产生的破坏，是在反复加载及冷热交换作用下引起的疲劳破坏，根据安定性准则来规定其许用应力值，这是一个防止结构反复发生正反方向屈服变形的准则。 • 对这类应力限定，并不是限定一个时期的应力水平，而是控制其交变循环次数
• 强度条件为： • 内压和持续外载荷产生的一次、二次应力 σ e： • σ e 1.25 f ([σ ] + [σ ]t ) • 单独计算热胀二次应力σ e ： • σ e f (1.25[σ ] + 0.25[σ ]t ) • 考虑轴向载荷时，单独计算热胀二次应力 σe ： • σ e f[1.25 ([σ ] + [σ ]t )-σ zhl] • 其中：f为修正系数。（p33)
• 2）二次应力(Q) • 二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的应力。 • 二次应力不是由外载荷直接产生的，其作用不是为平衡外载荷，而是结构在受载时变形协调而使应力得到缓解。 • 一般压力管道上所产生的二次应力，主要是考虑由于热胀冷缩以及位移受到约束所产生的应力。通常称为热胀二次应力。 • 二次应力的特点是自限性。
• （2）管子设计壁厚tsd • 在工程上，需要考虑强度削弱因素 • tsd= ts +C
• 式中： tsd 管子的设计壁厚, mm; • C 壁厚附加裕量, mm. • （3）管子的名义厚度tn • tn ≥ tsd并向上圆整到材料标准规格的厚度

压力管道应力分析_图文

管道元件变形的几种基本形式:
⑴ 拉伸和压缩 ⑵ 剪切 • 对于塑性材料：[τ]=(0.6~0.8)[σ] • 对于脆性材料：[τ]=(0.6~1.0)[σ] ⑶ 扭转 • [τ]=(0.5~0.6)[σ] ⑷ 弯曲 • уman≤[f] [f]为工程上规定的许用绕度值
。
承受内压管子的强度计算
1、管子壁厚计算承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确
• 上式即为管道中二次应力强度条件判定式，它已被众多的压力管道设计规范如 ANSI B31.3、SHJ41所引用。
压力管道的强度计算:
• 基本概念： ⑴ 设计压力 ⑵ 设计温度 ⑶ 材料的许用应力 ⑷ 厚度附加量 ⑸ 焊缝系数 ⑹ 设计寿命 ⑺ 计算厚度
⑻ 设计厚度 ⑼ 名义厚度 ⑽ 有效厚度
②对简单的L形、∏形、Z形等管道，可采用表格法、图解法等验算，但所采用的表和图必须是经过计算验证的；
③无分支管道或管系的局部作为计算机柔性计算前的初步判断时，可采用简化的分析方法。
2、SH/T3041《石油化工管道柔性设计规定》中的规定：
⑴ 操作温度大于400℃或小于－50℃ ⑵ 进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道 ⑶ 进出反应器的高温管道； ⑷ 进出汽轮机的蒸汽管道； ⑸ 进出离心式压缩机、往复式压缩机的工
一般连续敷设的管道允许跨距L应按三跨连续梁承受均布载荷时的刚度条件计算
（1）刚度条件
（装置内）
（装置外）
装置内：管道固有频率不低于4Hz；装置外：管道固有频率不低于2.55Hz。
（2）强度条件
（不考虑内压）
（考虑内压）
取L1和L2两者之间的小值。
• 为了便于快速直接得到管道的允许跨距一些书、手册列出了根据上述方法计算得到的连续敷设管道的允许跨距。如《石油化工装置工艺管道安装设计手册》。

压力管道强度及应力分析

压力管道强度及应力分析压力管道是指承受流体压力作用的管道系统，常用于输送液体或气体。

压力管道的设计必须考虑到管道系统的强度，以确保管道在工作条件下能够安全运行。

强度分析是对管道系统在受压状态下的力学性能进行评估和计算，包括应力分析和应变分析。

压力管道的强度分析主要涉及以下几个方面：1.管道的内压应力分析：管道容易在受到内部压力作用时发生脆性断裂。

内压应力是指管道承受的内部压力产生的应力，应力分布是管道内径和壁厚决定的。

内压应力的计算可以使用薄壁管道的公式，也可以使用粗壁管道的公式，根据实际情况选择适当的公式进行计算。

2.管道的外压应力分析：外压应力是指管道受到外界压力，如土壤或混凝土的压力而产生的应力。

外压应力会降低管道的承载能力，因此在设计时必须考虑外压应力的影响。

外压应力的计算可以通过考虑管道埋深和周围土壤或混凝土的性质来进行。

3.管道的弯曲应力分析：管道经过弯曲时会产生弯曲应力。

弯曲应力的大小与管道的弯曲半径、管道材料的弹性模量以及弯曲角度有关。

弯曲应力的计算可以通过应变能方法或力平衡方法进行。

4.管道的轴向应力分析：管道在拉伸或压缩作用下会产生轴向应力。

轴向应力与管道的拉伸或压缩变形有关，可以通过应变能方法或力平衡方法进行计算。

5.管道的剪切应力分析：管道在复杂受力状态下，如弯曲、拉伸和压缩同时作用时，会产生剪切应力。

剪切应力的计算可以通过静力平衡方程和应变能方法进行。

在进行强度分析时，需要确定管道的材料性质、管道几何尺寸和外界加载条件。

常用的材料性质包括弹性模量、泊松比和屈服强度等。

管道几何尺寸包括管道内径、壁厚和长度等。

外界加载条件包括内部压力、外部压力和温度等。

强度分析的目的是确定管道是否能够安全承受设计条件下的压力载荷，并提供合适的设计指导。

在进行强度分析时，需要进行应力和应变的计算，并与管道材料的极限强度进行比较，以评估管道的安全性。

综上所述，压力管道的强度分析是一个复杂的过程，涉及多个力学参数和设计标准。

压力管道应力分析的内容及典型的案例分析

压力管道应力分析的内容及典型的案例分析摘要：压力管道应力的分析是压力管道设计的重要内容，随着压力管道应用越来越普及，对它的认识也越来越深入，压力管道的重要性也逐渐的凸显出来。

压力管道的应力作用直接关系到管道的正常使用和操作的安全。

本文主要对压力管道应力进行分析，阐述其基本内容，从而更好的掌握压力管道的相关工作内容，促进压力管道应力分析的标准化和规范化。

关键词：压力管道；应力分析；内容；事例引言在压力管道使用的过程中，常常会伴随着一系列的问题，如果得不到很好的解决会严重的影响压力管道正常的使用。

通过阐述管道应力分析内容为维护压力管道应力正常运行提供理论的依据。

经过案例分析进步了解一些压力管道应力分析的机理。

一、压力管道应力分析的内容压力管道应力的分析关系到压力管道安装后的使用情况，所以加强对压力管道应力分析，提高压力管道正常运行的重要依据。

压力管道应力分析的内容主要涉及到以下的几个方面：（一）分析管道系统的载荷来源。

管路系统的载荷主要分为一次应力载荷和二次应力载荷，一次应力载荷通常指管道系统正常生产时的内外压力作用、管道系统自身的重力、设备运行中的压力脉冲对管道系统的作用以及瞬间内承受的载荷（风力、地震，泵瞬时启动的压力载荷等）。

二次应力载荷通常是指管路运行时产生的热膨胀载荷、冷紧是产生的载荷、由于设备沉降产生的管道系统支点位移产生的载荷。

（二）静力分析通过对管路系统内压荷载和持续荷载作用下的一次应力分析计算、管道系统冷热膨胀位移产生的二次应力分析计算、管道系统与相关设备的相互作用及管口校核、管道系统的支吊架的受力分析、可以有效防止管道发生塑性变形、管道疲劳损坏，确保管道系统与设备的安全运行。

（三）动力分析管道系统设计应避免管道振动和管道共振，对振动管线特别是往复式压缩机、往复泵的相关管线要重点进行分析，主要包括管道内气（液）柱的频率分析，使其避开激振频率；压力脉冲不均匀度分析，控制压力脉动值；管道系统固有频率，各个节点的振幅及动应力分析，通过设置管道防震支架和优化配管设计，避免产生共振。

压力管道应力分析基础理论-1

W1— 固有频率（角频）
W0 — 激振频率（角频）通常 W1 应避开 0.8W0 ~1.2W0 的区域，在工程中最好避开 0.5W0 ~1.5W0的范围，这样振幅较小。
(2)通常W1应在W0（压缩机的吸入或吸出频率）的1.2 倍以上，设计时最好控制在1.5倍以上。
振幅
(3)激振力频率 W n 缸数单( 双 )作用数(1 / 秒 ) 0 60 n = 转/分 — 压缩机转数
压力管道应力分析 (1)基础理论
中国石油化工勘察设计协会
一、管道应力分析的目的
1、防止管道塑性变形破坏； 2、防止管道疲劳破坏； 3、保证机器设备正常运行； 4、为结构、管道支架设计提供依据； 5、防止法兰等管道连接件泄露； 6、防止管道碰撞和支点位移过大； 7、防止气（液）柱、管道系统共振； 8、控制压力脉动； 9、防止管道振动和应力过大； 10、防止管道地震应力过大；
⑶ 编制临界管线表(三级签署) — 应力分析管线表静力分析 ⑷ 应力分析动力分析 (三、四级)；
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) ； ⑼ 往复式压缩机、往复泵动力分析(四级)； ⑽ 安全阀、爆破膜泄放反力计算；
⑵ 壁厚计算 A、当 D0 P t 且 t 0.385 时 6 PD0 t t 2 2YP B、当
D t 0 6 或P

0.385时 t
t 的确定应根据断裂理论、疲劳、热应力及材
料特性等因素综合考虑确定。 C、外压直管的壁厚，应根据GB150规定的方法确定。 D、其它的管件(如Y型三通、孔板等)依据相应的规范 (GB50316-2000)公式进行计算。

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。

管道应力

► 3、应力增大系数：在疲劳破坏循环次数相同
的情况下，作用于直管的弯曲应力与作用于管件的名义弯曲应力之比 ► 4、柔性系数：将同一弯矩作用于管件和直管后，管件的位移与直管的位移之比。考虑柔性系数的目的是在计算中对管件柔性增大的现象做出更加合理的模拟。
1、管道柔性设计的目的：管道柔性设计的目的： ► 管道柔性设计的目的是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、端点附加位移、管道支撑设置不当等原因造成下列问题： ⑴ 管道应力过大引起的金属疲劳或因管道推力过大造成支架破坏； ⑵ 管道连接出产生泄漏； ⑶ 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；
装置内：管道固有频率不低于4Hz；装置内：管道固有频率不低于4Hz；装置外：管道固有频率不低于2.55Hz。装置外：管道固有频率不低于2.55Hz。
（2）强度条件
L 2 = 0 .1 [σ ] t W q
（不考虑内压）
L 2 = 0 . 071
[σ ] t W q
（考虑内压）
取L1和L2两者之间的小值。 L1和L2两者之间的小值。
二、管系的应力分析
1、管道应力分析的目的： ⑴ 使管道的应力在规范允许的范围内； ⑵ 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准； ⑶ 计算出作用在管道支吊架上的载荷； ⑷ 解决管道动力学问题； ⑸ 帮助配管优化设计；
2、管道上常见的载荷: 、管道上常见的载荷: ⑴ 压力载荷； ⑵ 重力载荷； ⑶ 位移载荷； ⑷ 风载荷； ⑸ 地震载荷； ⑹ 瞬变流冲击载荷； ⑺ 机器振动载荷； ⑻ 压力脉动载荷； ⑼ 两相流脉动载荷；
► 为了便于快速直接得到管道的允许跨距一些
书、手册列出了根据上述方法计算得到的连续敷设管道的允许跨距。如《续敷设管道的允许跨距。如《石油化工装置工艺管道安装设计手册》工艺管道安装设计手册》。 ► 一些特定布置情况下的管道允许跨距： SH3073《石油化工企业管道支吊架设计规范》 SH3073《石油化工企业管道支吊架设计规范》则要求管道的弯管部分两支架间管道的展开长度不得大于水平直管基本跨距的0.6~0.7倍。长度不得大于水平直管基本跨距的0.6~0.7倍。

CAESAR-II-应力分析理论基础解析

S 1 2
1 2 2 2 3 2 3 12
• 他认为引起材料屈服破坏的主要因素是材料内的变形能。
亦即不论材料处于何种应力状态，只要其内部积累的变形
能达到材料单向拉伸屈服时的变形能值，材料即发生屈服
破坏。
2023/12/8
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材料的机械性能
一、弹性阶段二、屈服阶段将下屈服极限称为屈服极限三、强化阶段经过屈服阶段后，材料恢复了抵抗变形的能力，要使其继续变形必须增加拉力，这种现象称为材料的强化。四、局部变形阶段在试件的某一局部范围内，横向尺寸突然急剧缩小。
• 通俗来讲管道应力分析的任务，实际上是指对管道进行包括应力计算在内的力学分析，并使分析结果满足标准规范的要求，从而保证管道自身和与其相连的机器、设备以及土建结构的安全。
• 一般来讲，管道应力分析可以分为静力分析和动力分析两部分。
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静态分析目的
• 静力分析是指在静力载荷的作用下对管道进行力学分析
• 平面内垂直于半径。 • 剪切力
– 这个载荷在外表面最小，因此在管系应力计算中省略了这一项。
– 在支撑处要求局部考虑。
• 扭矩
– 最大的应力发生在外表面。 – MT/2Z
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压力容器和管道中应力
• 剪应力 • 薄膜应力
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压力容器和管道弯曲应力
• 梁单元弯曲应力 • 壳单元弯曲应力
压力容器设计所采用的标准分为两类：一类是按规则设计；另一类是按分析进行设计。常规设计一般以简化计算公式为基础，再加上一些经验系数，不进行应力分析。
而分析设计中，首先将应力划分为一次应力和二次应力两大类，二者的定义相似。一次应力：为平衡压力与其它机械荷载所必须的法向应力或剪应力。其特点是非自限性，即当结构内的塑性区扩展达到极限状态，使之变成几何可变的机构时，即使荷载不再增加，仍将产生不可限制的塑性流动，直至破坏。

管道应力分析-孙学军_图文

裂纹。）
21
材料的力学性能及强度理论力学性能：
1.强度极限 2.屈服强度 3.断裂 4.强化阶段 5.局部变形阶段
22
最大拉应力理论：
该理论认为：最大拉应力是引起断裂的主要原因即认为：无论材料处于什么应力状态，只要最大拉应力达到单向拉伸时的抗拉强度，材料就会发生脆性断裂。
屈服判据：
强度准则：
应力分析报告
应力ISO图
支撑设计、选型
提交业主提交现场
8
应力分析管线分类:
9
关键管线表:
10
应力ISO图:
在管道单线图的基础上增加应力分析的节点号、约束点的位置及类型、约束点的位移量及载荷、备注等信息。
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管道受到的载荷、变形及失效形式
管道受到的载荷：
压力操作压力、试验压力；温度重量活荷载：管内输送介质的重量、测试的介质重量、由于环境或操作条件产生的雪/冰荷载等。死荷载：管道重量、保温重量及阀门（含执行机构）、法兰等管道组成件重量。位移设备管口热位移；基础沉降、潮汐运动、风等作用下在管道连接处产生的位移；支撑结构的变形；压力延长效应产生的位移；
管道应力的校核主要是为了防止管壁内应力过大造成管道自身的破坏。各种不同荷载引起不同类型的应力，不同类型的应力对损伤破坏的影响各不相同，如果根据综合应力进行应力校核可能导致过于保守的结果，因此管道应力的校核采用了将应力分类校核的方法。应力分类校核遵循的是等安全裕度原则，也就是说，对于危险性小的应力，许用值可以放宽;危险性大的应力，许用值要严格控制。应力分类是根据应力性质不同人为进行的，它并不一定是能够实际测量的应力。
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最大切应力理论(Tresca准则)：