压力管道应力动态分析理论[宣贯]

谐振曲线
谐振曲线通常表达了谐振载荷的作用规律 ,其分布为 特定周期下的正弦/余弦曲线。
F(t) = A + B sin(Ct + D)
其中F（t）表示随时间变化的谐振载荷； A表示名义载荷 ,即偏差值； B表示曲线幅值； C表示角频率； T表示时间； D表示相位角；
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2020/8/7
引发动态响应的因素
系统的动态响应则由动载荷引起。
动荷载是指随着时间而迅速变化的荷载 ,管道系统不 足以瞬时将它们在内部分散 ,于是力和力矩不能总是 被消除——因此产生不平衡荷载 ,导致管子发生运动 。
由于力和力矩的总和并不一定等于零且大小变化 ,所 以管系内部产生的抵抗荷载也在时刻变化——或者 高 ,或者低。
谐振曲线
谐振曲线多用于模拟设备的机械振动、压缩机或离 心泵引发的介质压力脉动、声学振动（当介质在管 道中运动时可能产生涡流）等
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2020/8/7
脉冲曲线
此类载荷的特点是载荷值由零跃升至某一恒定值并 保持一段相对稳定的时间后再突降为零。由于跃升 时间短 ,这类载荷曲线类似于一个矩形。符合其特点 的载荷有：
2.系统(内力和约束荷载)有足够时间抵消外荷载
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静载荷与动载荷的区别
静载荷
1. 载荷随时间变化很慢或者不变（重力、热胀、基础沉 降、弹簧载荷等）
2.系统(内力和约束荷载)有足够时间抵消外荷载
动载荷
1.荷载随时间迅速变化(地震 ,水锤、汽锤力 ,振动 ,安全阀 泄放反力等等)
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静载荷
静载荷
1. 载荷随时间变化很慢或者不变（重力、热胀、基础沉 降、弹簧载荷等）
动载荷
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静载荷 系统的载荷响应并不随着时间的变化而变化。
定值 载 荷
时间
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静载荷
载 荷
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或发生缓慢响应 时间
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安全阀的泄放 水锤/气锤 柱塞流
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安全阀的泄放
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水锤/气锤
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水锤/气锤
当水锤、气锤产生的压力波在管道内传播时 ,有可能 在沿途弯头、阀门处产生多次载荷波动 ,如图所示 , 这使分析变得更为复杂。
阶段三 阶段二 阶段一
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柱塞流
当介质发生相变时 ,很可能形成柱塞流 ,弯头位置常 常产生动态响应载荷。
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静载荷与动载荷的区别
静载荷
1. 载荷随时间变化很慢或者不变（重力、热胀、基础沉 降、弹簧载荷等）
动载荷
1.荷载随时间迅速变化(地震 ,水锤、汽锤力 ,振动 ,安全阀 泄放反力等等)
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动载荷
静载荷
1. 载荷随时间变化很慢或者不变（重力、热胀、基础沉 降、弹簧载荷等）
动载荷
1.荷载随时间迅速变化(地震 ,水锤、汽锤力 ,振动 ,安全阀 泄放反力等等)
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载荷变化曲线wenku.baidu.com
根据载荷随时间变化形式的不同 ,可以区分几种基本 的载荷变化曲线 ,它们分别是：
为更好的模拟动载荷对管道系统的影响 ,引入动态分 析尤其必要。
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CAESARII 动态分析
CAESARII内置多种动态分析模块以模拟各种动载荷所引发的 力学问题。
往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析----防止气（液）柱共振；（模态分析）
往复压缩机（泵）管道压力脉动分析-----控制压力 脉动值；（谐振分析）
CAESAR II 动态分析理论
前言
管道应力分析中常常遇到动载荷问题。 引发系统动态响应的原因？ 如何对系统进行动力分析？使用什么分析理论？ 如何来分析计算的结果？
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2020/8/7
管道系统的动态分析
管道系统大部分时间承受持续载荷、位移载荷的作 用 ,由此引申的力学分析可称之为静态分析。对应载 荷称之为静载荷。然而在实际环境下 ,管系往往承受 短时间的动载荷作用 ,其峰值大大超过管系自身承受 能力而发生灾难性的失效 ,例如地震加速度、超压水 锤及气锤、强风、安全阀泄放反力、压缩机或离心 泵引发的受迫振动、两相介质产生的瞬间不平衡载 荷等等…
随机曲线 谐振曲线 脉冲曲线
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2020/8/7
随机曲线
随机曲线多用于描述没有特定变化规律的动载荷形 式 ,例如地震载荷、风载荷。此类动载荷最大的特点 是峰值大小、作用方向、持续时间均无特定规律
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风载荷曲线
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随机曲线
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地震曲线
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2.系统(内力和约束荷载)没有足够的时间在外荷载变化前 抵抗荷载
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2020/8/7
静载荷与动载荷的区别
静载荷
1. 载荷随时间变化很慢或者不变（重力、热胀、基础沉 降、弹簧载荷等）
动载荷
1.荷载随时间迅速变化(地震 ,水锤、汽锤力 ,振动 ,安全阀 泄放反力等等)
2.系统(内力和约束荷载)有足够时间抵消外荷载
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；（响应谱或时程分析）
管道地震分析-----防止管道地震力过大。（响应谱 或时程分析）
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2020/8/7
静载荷
到目前为止我们所讨论的大部分荷载都属于静态范 畴(即便在某些情况下存在动荷载 ,也都简化为静荷载 来分析)。由于静荷载的作用时间足够长 ,管道结构有 时间对其进行响应并将之分散到内部各处 ,从而保持 系统的平衡。一旦处于平衡状态 ,所有的外力和力矩 都被系统平衡(即力和力矩的总和为零) ,管子处于静 止状态。
2.系统(内力和约束荷载)没有足够的时间在外荷载变化前 抵抗荷载
3.系统总是处于平衡状态(系统力和力矩总和为零)
FORCE
FORCE
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ΣF = 0 ΣM = 0
2020/8/7
静载荷与动载荷的区别
静载荷
1. 载荷随时间变化很慢或者不变（重力、热胀、基础沉 降、弹簧载荷等）
动载荷
1.荷载随时间迅速变化(地震 ,水锤、汽锤力 ,振动 ,安全阀 泄放反力等等)