压力管道应力动态分析理论[宣贯]
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。
压力管道应力分析理论解读
AECsoft
2020/9/25
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）
AECsoft
2020/9/25
应力状态的简化
向应力称为正应力，将切向应力称为剪应力；
AECsoft
2020/9/25
摩尔应力圆
将任意截面上的正应力，剪切应力数值反映在坐标 轴上就得到摩尔应力圆，如下图所示：
AECsoft
2020/9/25
主应力及最大剪应力
主应力表示在某个截面上只有正应力而无剪切应力， 这种情况是确实存在的；
最大剪应力则是指在某个截面上的剪切应力最大；
➢ 忽略局部变形（不考虑大直径管道的失稳）；
➢ 假设管道任意截面不出现翘曲（即认为管道遵循纯弯曲 变形）；
➢ 假设不考虑管道之间的碰撞影响；
➢ 剪切力不是分析的重点；
➢ 支撑作用在单元中心线上；
AECsoft
2020/9/25
3D梁单元的力学假设
梁单元上纯弯曲的概念：
当梁发生纯弯曲时，各截面上的弯矩值唯一（整个 截面的弯矩由唯一值表示），且不存在剪力，截面 发生转动，梁轴线变为弧线，但转动后各截面仍为 平面。在这种假设下，应力S=M/Z.（胡克定律）
如果不使用纯弯曲假设，则上式不一定适用。
AECsoft
2020/9/25
3D梁单元示例
这是一个简单的悬臂梁模型：当在自由端作用集中 载荷P之后，其挠度为：
P L3
3EI
AECsoft
2020/9/25
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。
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。
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。
压力管道强度及应力分析
• 这种应力只引起局部屈服 如管子与设备的焊接处或法兰盘与管子的连 接处。
• 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 。
• 强度条件为，最大当量应力不超过材料在 工作温度下的基本许用应力
•
σzhl ≤[σ]t
• 该公式的含义为：
• 当以环向应力作为最大应力进行强度设计 后，还应校核与环向应力垂直方向上的轴 向应力是否满足要求，因轴向应力复杂。
• （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。
• 2、管道所承受的载荷复杂
• 作用于管道的载荷有：
• （1）管内介质产生的压力
• 介质产生的压力主要在管子中产生环向 的使管子直径增大或缩小的变形，这也 是管子本身发生破裂的主要影响因素。
• 同时，介质的压力在远端轴向还会在管 子中产生轴向拉（压）应力而引起某些 附加载荷。
• 对于厚壁管，还会产生沿半径方向的载 荷。
•
σ3 =σr= - P / 2
• 式中：P 介质内压 MPa
•
Dn 管子的内径 mm
•
te 管子的有效(当量）壁厚 mm
• 2、管子壁厚计算（GB 50316)
• （1）管子计算壁厚ts
• 承受内压管子计算壁厚公式：
•
ts= PD0 / (2[σ]tEj+ PY)
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。
压力管道应力动态分析理论
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）
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)
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
静载荷与动载荷的区别
压力管道应力动态分析 理论
2020年5月30日星期六
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？
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…
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：
安全阀的泄放 水锤/气锤 柱塞流
安全阀的泄放
水锤/气锤
水锤/气锤 当水锤、气锤产生的压力波在管道内传播时，有可
压力管道局部应力分析[宣贯]
![压力管道局部应力分析[宣贯]](https://img.taocdn.com/s3/m/51f812665727a5e9846a6108.png)
DU
AU
BU
AECsoft
AL
CU BL
DL CL
2020/8/7
WRC107
作用在壳壁上附属元件的外加基本载荷有： 压力P、拉力T、剪切力V、沿壳体轴向的弯
矩ML、沿壳体圆周方向作用的弯矩MC、作用 在附属元件上的扭矩MT。
AECsoft
2020/8/7
WRC107
外载荷会首先在连接点造成一次局部膜应力； 弯矩可简化为大小相等、方向相反的力偶 ,而这个力偶则会
AECsoft
2020/8/7
举例
AECsoft
2020/8/7
输入参数
AECsoft
2020/8/7
输入参数、计算
AECsoft
2020/8/7
查看报告
AECsoft
2020/8/7
局部应力计算的局限性
尽管WRC107、297及其他类似文献提供了局部应力 的算法 ,但是两者并非万能 ,他们存在一定的应用局 限性 ,在某些条件下计算结果与实际相差较大。
AECsoft
2020/8/7
应力增大系数
规范对应力增大系数的考虑： B31.1
S SU S S1 0.7 5iM A / Z P d o / 4t S h
B31.3
S1 F A X / Am ii M i 2 io M o 2 1/ 2 / Z P d o / 4t S h
AECsoft
2020/8/7
WRC297
与WRC107相同的 ,WRC297遵循 ASME Ⅷ-2中对 应力进行分类的原理 ,在外载荷及介质压力作用下 , 在局部四个点产生薄膜应力、弯曲应力、剪切应力 等。对于接管局部应力的计算 ,由于不考虑接管和筒 体连接处引发的应力集中 ,因此不计算附加峰值应力 。
压力管道强度及应力分析
• 二次应力的特点是自限性 。
• 3）峰值应力F
• 峰值应力是由于载荷、结构形状突变而引起 的局部应力集中的最高应力值,是引起疲劳 破坏或脆性断裂的可能根源。
• 3、承压管道中的应力分布
•
17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。2021/7/132021/7/132021/7/132021/7/13
• 2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年六月十七日2021年6月17日星期四
• 2、应力分类
• （1）应力的概念及管道的破坏
• 应力的基本定义是指构件单位面积上所承 受的内力
• 一般来说，应力的值随外载荷增大而增大， 而各种材料对应力的承受能力有一个极限， 称为强度极限，当应力的值达到或超过材料 的极限时，材料就可能发生诸如过度变形、 开裂、断裂、失稳等现象，称为失效或破坏。
• （1）管壁中的应力状态
• 在承受内（外）压力作用的管道器壁中， 由于管道几何形状的轴对称性质，可能产生 的主应力有σθ 、σz 、σr 。
• 当管壁的厚度与管直径相比较小时，在半径 方向的挤压应力σr可以忽略不计，管壁内 只有两个方向的主应力，称为两向应力状态 或平面应力状态，反之，称为三向应力状态 或平面应力状态
到。
• 4、失效准则
• 失效准则是指在判断构件是否失效时所应 用的最高应力限制，通常的表达式为：
压力管道应力分析
起的各种动载荷
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。
σe ： • σe f[1.25 ([σ] + [σ]t )-σzhl] • 其中：f为修正系数。（p33)
四、压力管道的强度计算
• 1、承受内压管子的强度分析
• 承受内压管子，管内任一点上的应力
• 状态可以用三个主应力来表示：
•
σ1 =σθ= PDn / 2te
•
σ2 =σz= PDn2 / [4te (Dn+te)]
• 强度条件为，最大当量应力不超过材料在 工作温度下的基本许用应力
•
σzhl ≤[σ]t
• 该公式的含义为：
• 当以环向应力作为最大应力进行强度设计 后，还应校核与环向应力垂直方向上的轴 向应力是否满足要求，因轴向应力复杂。
• （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。
• （2）应力分类
•
压力管道应力分类的依据是应力对
管道强度破坏所起作用的大小。
•
这种作用又取决于下列两个因素：
• A、应力产生的原因
• 即应力是外载荷直接产生的还是在变形 协调过程中产生的
• 外载荷是机械载荷还是热载荷；
压力管道应力分析[知识荟萃]
![压力管道应力分析[知识荟萃]](https://img.taocdn.com/s3/m/efabd68c6c175f0e7cd137c6.png)
行业重点
5
• （5）风力、地震产生的载荷 • （6）管道温度变化所产生的温差应力 • （7）管道安装所产生的约束力 • （8）设备的变形或位移在管道上产生的
附加载荷 • （9）此外，还有介质在管内的流动所引
起的各种动载荷
行业重点
6
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。
的主应力有σθ 、σz 、σr 。
• 当管壁的厚度与管直径相比较小时，在半径
方向的挤压应力σr可以忽略不计，管壁内 只有两个方向的主应力，称为两向应力状态
或平面应力状态，反之，称为三向应力状态
或平面应力状态 行业重点
22
• （2）薄壁管与厚壁管
• 当管道外径/内径1.2时，管道称为薄壁管， 应力分布为两向应力状态或平面应力状态。
• 如：风载荷在管壁产生的轴向弯曲应力。
行业重点
18
• c．一次局部薄膜应力（Pl） • 一次局部薄膜应力是在结构不连续区由内压
或其他机械载荷产的薄膜应力和结构不连续 效应产生的薄膜应力统称为一次局部薄膜应 力。
• 这种应力只引起局部屈服 如管子与设备的焊接处或法兰盘与管子的连 接处。
行业重点
19
• 1、材料的极限值
• 屈服极限σs、断裂极限σb、蠕变极限σD、 疲劳极限等σn
• 2、安全系数
•
ns =1.5 、 nb=3
• 3、许用应力
•
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
AECsoft
2020/8/7
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
AECsoft
2020/8/7
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
AECsoft
2020/8/7
静载荷
载 荷
AECsoft
或发生缓慢响应 时间
2020/8/7
2.系统(内力和约束荷载)有足够时间抵消外荷载
AECsoft
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）
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)
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。 引发系统动态响应分析计算的结果？
AECsoft
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…
安全阀的泄放 水锤/气锤 柱塞流
AECsoft
2020/8/7
安全阀的泄放
AECsoft
2020/8/7
水锤/气锤
AECsoft
2020/8/7
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
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）
AECsoft
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。
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
AECsoft
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：
AECsoft
2020/8/7
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。
AECsoft
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)
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。
AECsoft
2020/8/7
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）
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
AECsoft
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)
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；
AECsoft
2020/8/7
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
AECsoft
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
AECsoft
2020/8/7
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)
AECsoft
2020/8/7
载荷变化曲线
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：
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。
随机曲线 谐振曲线 脉冲曲线
AECsoft
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
AECsoft
风载荷曲线
2020/8/7
随机曲线
AECsoft
地震曲线
2020/8/7