压力管道强度及应力分析(2012)
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。
压力管道的强度分析
压力管道的强度分析前面所谈的管道强度条件，无论是简单应力状态，还是复杂应力状态，都是限定其最大应力(或根据强度理论组合的当量最大应力)在材料的屈服极限范围内，即认为最大应力超出材料的屈服极限σs，管道元件将发生破坏。
目前，大多数压力管道或压力容器设计规范都是基于这一原则进行规定的。
在固体变形力学中，这种研究应力的方法是基于弹性力学理论的研究方法，它属于弹性力学研究的范畴。
在实际的生产实践中，压力管道元件中的各点应力并非都低于材料的屈服极限，那么此时再用弹性力学的理论是无法解释的，必须借助于塑性力学或断裂力学等学科的理论去解释，并建立相应的强度条件。
为此，在这里先通过一个引例介绍，说明工程上实际存在超过屈服极限应力的情况，然后再简单介绍压力管道力学分析中常用的力学理论，最后则介绍工程中常用的安定分析的方法。
(一)应力集中问题工程上根据实际的需要，经常遇到压力管道元件开孔分支、变径、拐弯等问题，以致压力管道在这些局部区域发生了形状或断面面积的变化。
试验和实践都证明，当管道元件的形状或截面发生突变时，或者受到的外力发生突变时，该局部区域的应力将急剧增加，且随着远离这个区域，其应力水平则迅速降低并在某一尺寸处而趋于正常。
通常把因管道元件的外形突然变化或载荷的突然变化而引起局部应力增大的现象称为应力集中。
从微观上讲，管道元件中总避免不了气孔、夹渣、夹杂甚至裂纹等制造缺陷的存在，这些缺陷的存在导致了材料的微观不连续，它不仅直接消弱了管道元件的承载能力，而且也会引起应力集中问题。
设σ为管道元件无应力集中时的平均应力，σmax为发生应力集中时的最大应力，那么σmax与σ的比值K称之为应力集中系数，即。
试验分析证明：K是一个大于1的数，而且随着管道元件形状变化的剧烈程度而增大。
因此，工程上常采用较缓和的管道拐弯、变径等结构，其原因正源于此。
由于应力集中的存在，可能会使得压力管道元件的整体应力在尚未达到材料的屈服极限时，而应力集中区域的最大应力已经达到或远远超过了材料的屈极限。
压力管道的强度计算
压力管道的强度计算压力管道的强度计算压力管道的强度分析是设计过程中必不可少的一部分。
在承受内压的情况下，管道的强度可以通过应力分类来分析。
管道承受压力载荷产生的应力属于一次薄膜应力。
当该应力超过某一限度时，管道将会整体变形直至破坏。
管壁上任一点的应力状态可以用三个互相垂直的主应力来表示，它们是：沿管壁圆周切线方向的环向应力σθ，平行于管道轴线方向的轴向应力σz，以及沿管壁直径方向的径向应力σr。
根据最大剪应力强度理论，材料的破坏由最大剪应力引起，当量应力为最大主应力与最小主应力之差。
因此，强度条件为σe=σθ-σr≤[σ]。
理论壁厚公式是计算管道承受内压所需的最小管道壁厚。
在工程上，管道尺寸多由外径Dw表示，因此还需要一个理论壁厚公式。
该公式根据管子外径或内径的不同而有所不同。
具体公式为：当按管子外径确定时，理论壁厚公式为：当按管子内径确定时，理论壁厚公式为：其中，Sl为管子理论壁厚，P为管子的设计压力，Dn为管子内径，φ为焊缝系数，[σ]t为管子材料在设计温度下的基本许用应力。
然而，理论壁厚公式仅考虑了内压这个基本载荷，没有考虑管子由于制造工艺等方面造成其强度削弱的因素。
因此，作为工程上使用的管道壁厚计算公式，还需考虑强度削弱因素。
管子壁厚计算公式为：其中，Sj为管子计算壁厚，Sl为管子理论壁厚，C为管子壁厚附加值。
焊缝系数φ是考虑了确定基本许用应力安全系数时未能考虑到的因素。
焊缝系数与管子的结构、焊接工艺、焊缝的检验方法等有关。
根据我国管子制造的现实情况，焊缝系数按照相关标准选取。
对于无缝钢管，φ=1；对于单面焊接的螺旋线钢管，φ=0.6；对于纵缝焊接钢管，焊缝系数的选取参照《钢制压力》的有关标准。
φ强度削弱系数适用于局部补强的三通，如单筋、蝶式等，当φ=0.9.式(2-10)适用于焊制三通，其中Dw≤660mm，支管内径与主管内径之比dn/Dn≥0.8，主管外径与内径之比的取值范围在1.05≤β≤1.5.焊制三通所用管子为无缝钢管，否则应考虑焊缝系数。
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
PPT文档演模板
压力管道局部应力分析
WRC107应用范围及限制条件
PPT文档演模板
压力管道局部应力分析
WRC107应用范围及限制条件
PPT文档演模板
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特点研究
压力管道应力分析的内容及特点研究摘要：压力管道广泛应用于石油化工、天然气等行业的物料输送过程中，起着非常重要的作用，可以保证原材料和产品的正常运输。
压力管道在运行过程中，其受力状况会受到多种因素的影响，包括管道系统内部因素和外部环境因素。
如果要分析压力管道的受力情况，必须准确掌握压力管道的实际运行状态，以获得更准确的分析结果。
关键词:压力管道;应力分析;内容;特点研究1 管道应力分类管道应力是压力管道使用中需要考虑的关键问题。
在分析压力管道的应力之前，有必要对压力管道的应力进行相应的分类。
从我国压力管道的使用情况来看，管道的压力可分为以下几类。
1.1主要压力初应力是指管道在内外压力、重力、冲击载荷、风载荷等因素作用下产生的剪应力或法向应力。
主应力是压力管道经常承受的应力，它具有以下特点：当外部荷载增加时，主应力也会增加，与外部荷载呈平衡关系，没有自限性。
如果主应力值超过管道材料的承载范围，管道中使用的材料不能满足要求，就会发生一定的变形，导致管道损坏。
因此，必要的控制措施非常重要。
必须确保管道材料不会发生任何物理变化，并且管道在一定压力下仍能保持有效形状而不受损。
需要根据极限分析条件和弹性分析条件检查主应力。
一次性应力可分为：（1）膜应力，即沿管道横截面均匀分布的应力；（2）一次整体膜应力，影响管道的整体结构；（3）原发性局部膜应力。
一般来说，一次局部膜应力略大于整体膜应力；（4）主要弯曲应力由管道内部压力或其他接地载荷引起。
一次弯曲管道应力是沿管道厚度线性变化的应力。
1.2二次应力二次应力是指管道在外部温度和内部压力的变化下发生热膨胀、冷缩或其他位移的现象，以及在此过程中产生的剪应力和法向应力。
与一次应力相比，二次应力对管道材料的要求更高，需要使用更好的管道材料来应对二次应力对管道的影响。
一般来说，如果管道材料具有良好的塑性，则管道仅在第一次施工荷载下不会受损。
为了提高管道的承载能力，需要结合管道的具体要求，从技术参数的角度进行相应的设计，以防止管道在使用过程中产生过大的二次应力问题。
压力管道的强度计算
压力管道的强度计算1．承受内压管子的强度分析按照应力分类，管道承受压力载荷产生的应力，属于一次薄膜应力。
该应力超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。
承受内压的管子，管壁上任一点的应力状态可以用3个互相垂直的主应力来表示，它们是：沿管壁圆周切线方向的环向应力σθ，平行于管道轴线方向的轴向应力σz，沿管壁直径方向的径向应力σr，如图2．1，设P为管内介质压力，D n为管子内径，S为管子壁厚。
则3个主应力的平均应力表达式为管壁上的3个主应力服从下列关系式：σθ＞σz＞σr根据最大剪应力强度理论，材料的破坏由最大剪应力引起，当量应力为最大主应力与最小主应力之差，故强度条件为σe=σθ-σr≤[σ]将管壁的应力表达式代入上式，可得理论壁厚公式图2．1 承受内压管壁的应力状态工程上，管子尺寸多由外径D w表示，因此又得昂一个理论壁厚公式2．管子壁厚计算承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确定时为按管子内径确定时为式中：S l——管子理论壁厚，mm；P——管子的设计压力，MPa；D w——管子外径，mm；D n——管子内径，mm；φ——焊缝系数；[σ]t——管子材料在设计温度下的基本许用应力，MPa。
管子理论壁厚，仅是按照强度条件确定的承受内压所需的最小管子壁厚。
它只考虑了内压这个基本载荷，而没有考虑管子由于制造工艺等方面造成其强度削弱的因素，因此它只反映管道正常部位强度没有削弱时的情况。
作为工程上使用的管道壁厚计算公式，还需考虑强度削弱因素。
因此，工程上采用的管子壁厚计算公式为S j=S l+C (2-3)式中：S j——管子计算壁厚，mm；C——管子壁厚附加值，mm。
(1)焊缝系数(φ)焊缝系数φ，是考虑了确定基本许用应力安全系数时未能考虑到的因素。
焊缝系数与管子的结构、焊接工艺、焊缝的检验方法等有关。
根据我国管子制造的现实情况，焊缝系数按下列规定选取：[1]对无缝钢管，φ=1．0；对单面焊接的螺旋线钢管，φ=0．6；对于纵缝焊接钢管，参照《钢制压力容器》的有关标准选取：①双面焊的全焊透对接焊缝：100％无损检测φ=1．0；局部无损检测φ=0．S5。
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特点研究
一、管道应力分析方法1.管道静态分析管道静态分析是指管道受静载荷作用下的受力分析，包括重力载荷（管道自身、保温及管道内介质重量）、压力载荷（管道介质压力）、管道偶然载荷（风、浪等作用）及位移载荷（管道热应力及附加移位作用）。
管道静力划分为一次应力、二次应力及偶然应力。
以上三种应力一般称为规范应力。
一次应力：由于压力、重力及其他外力载荷的作用产生的应力，它是平衡外力载荷所需的应力，随外力载荷的增加而增加。
一次应力的特点是无自限性，即当管道内的塑性区扩展达到极限状态，使之变成几何可变机构时，即使外力载荷不再增加，管道仍将产生不可限制的塑性流动，直至破坏。
2.管道动态分析管道动态分析是指管道受动载荷作用下的受力分析，动载荷指随着时间迅速变化的载荷，管道系统不足以瞬间将其分散，产生不平衡载荷，使管道发生运动。
其中包括地震、水锤、气锤、振动、安全阀泄放反力等。
动态分析的内容包括：管道固有频率分析，冲击载荷作用下的管道应力分析，管道强迫振动响应分析，往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析及往复压缩机（泵）脉动分析。
往复压缩机（泵）的相关分析是为了防止气柱共振和控制压力脉动，防止造成系统共振，此项工作一般由压缩机（泵）厂家进行计算校核。
管道固有频率分析目的是防止管道系统的共振，管道系统的固有频率往往要避开设备的运行频率以免发生共振，一般而言频率高的管道不易发生振动，使管道固有频率高于某个值，以达到不发生共振的条件。
二、管道应力分析内容1.设备管口载荷评估在设备校核过程中，按校核方法分为静设备和动设备。
对于静设备，当管道的作用力过大时，会造成设备管口变形、法兰泄漏，通常做法是对不同温压等级的设备管口规定相应的许用载荷，分析过程中计算荷载不超过许用荷载。
对于动设备，当管道反力过大时，会造成转动设备转子不对中、转子与定子之间间隙过大、设备振动磨损、噪音过大等问题。
常见的动设备有汽轮机、离心泵、压缩机及透平，其管口校核应遵循相关标准或制造商标准，校核内容相对静设备会更复杂，不仅有管口受力及力矩的校核，还包含进出口的联合校核。
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
压力管道的应力分析【摘要】本文介绍了管道应力分析以及目的，阐明了管道应力分析的几种方法，并提出了如何改善管系受力状况的措施。
【关键词】管道应力分析方法改善方法中图分类号：tv732.4文献标识码： a 文章编号：一、前言管道应力分析的目的进行管道应力分析的目的，根据工程上的要求，主要有以下几个方面：1、使管道应力在规范的许用范围内2、使设备管口荷载符合制造商或公认的标准3、使与管道连接的容器应力保持在其规定的许用范围内4、计算出各种支撑及约束的设计载荷5、确定因各种冲击所导致的管道位移6、解决管道动力学问题，如管道的机械振动，流体锤等7、帮助配管优化设计。
二、管道应力与分析一般来说, 管系为三维空间走向, 由一条或多条主管线及数条支管线组成, 有限元计算模型的建立, 必须参考具体结构现场数据进行, 准确的结构参数是一切计算的基本出发点。
管系载荷分类与确定1、压力载荷: 可能在几种不同压力、温度组合条件下运行的管道, 应根据最不利的压力温度组合确定管道的计算压力。
也即是必须将最危险工况区分出来。
2、持续外载: 包括管道基本载荷( 管子及其附件的重量、管内介质重量、管外保温的重量等) 、支吊架的反力、以及其它集中和均布的持续外载。
3、热胀和端点位移: 管道由安装状态过渡到运行状态, 由于管内介质的温度变化, 管道产生热胀冷缩使之变形; 与设备相连接的管道, 由于设备的温度变化而出现端点位移, 也使管道变形。
4 、偶然性载荷: 包括风雪载荷、地震载荷、流体冲击以及安全阀动作而产生的冲击载荷。
这些载荷都是偶然发生的临时性载荷, 而且不会同时发生, 在一般静力分析中, 不考虑这些载荷。
三、管道应力分析方法管道应力分析的计算方法有很多，主要的计算方法如下：1、表算法表算法的原理是管道柔性分析和应力计算的一般方法，即将管系中的一个端点固定，求其余端点释放，运用卡氏定理建立变形协调方程组，解此方程组后求出管端复原力，求出管系各计算点端点作用力和力矩，在求出管系各计算点的应力值。
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。
压力管道应力分析报告
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、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1)GB 50316-2000《工业金属管道设计规》2)SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规》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》6)/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》7)/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)适用围2)概述3)设计采用的标准、规及版本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。
压力管道强度及应力分析.ppt
S1d
S1Z
dw Dw
焊制三通的长度一般为3.5倍管
子外径；高度取1.7倍外径
压力管道的强度计算
❖ 异径管壁厚计算
按锥壳大端的应力分析进行计算 式：
S1t
2 cos
PDn
t •
0.006P
半锥角不得大于30°，且半锥角 和P/（[σ]tφ）的关系，不得超过 下表所列的数值，中间值可内插
求取
❖ 应力分类 由于载荷性质不同，产生的应力性质也不 同，它们对管道的破坏贡献不同。应该对 其分类，对于不同应力给予不同的限制条 件，以充分发挥材料的性能，又保证安全 生产
压力管道的载荷和应力分类
❖ 应力分类
▪ 一次应力（P） 一次应力是由于外载荷作用而在管道内部产生 的正应力或剪应力，它满足与外力平衡的条件。 它的特征是非自限性的，始终随外载荷的增加 而增加，最终达到破坏。由于载荷性质不同， 在管道内产生的应力分布也不同，一次应力又 分为：
❖ 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
b
▪ 如果存在温度变化，不仅 Δa 在管内引起热应力，而且
C
在支吊架处引起支座反力 a
的变化，为了保证管道和
修正的方法计算，即
S1w
S11
Dw 4R
S1w
PDw
2 t •
1 P
Dw 4R
压力管道的强度计算
❖ 弯管壁厚计算
由于弯曲使横截面变得不圆，内外侧面壁厚变化，对应 力分布产生影响，为了使上面壁厚计算式的计算值能保 证管道安全，下式定义的最大外径与最小外径的差值Tu， 必须限制在规定范围内
- 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)。
• 1、第一强度理论
因此，强度条件为： σ1≤σs 引入安全系数：σ 1≤ [σ ]
ห้องสมุดไป่ตู้2） 极限分析的概念
当载荷类型不一样时，对结构失效的影响 是不同的。 受拉伸杆件和受弯曲的梁达到极限状态的 方式是不同的。 因此，极限条件为： σ1≤1.5σs 引入安全系数：σ 1≤1.5[σ ]
（3）安定性分析的概念
但是如果卸载后产生的残余应力超过了压缩 屈服线，边界出将会发生反向屈服，产生疲 劳失效的可能性，这种现象成为结构的不安 定性。 因此，保证结构安定的条件为： σ1≤2σs 引入安全系数：σ 1≤3[σ ]
• 其有害性仅是可能引起疲劳或脆性断裂。
2、 应力分析理论概述
当载荷类型不一样时，对结构失效的影 响是不同的。 受拉伸杆件和受弯曲的梁达到极限状态 的方式是不同的。
（1）弹性分析的概念
弹性分析认为应力与应变成线性关系， 即符合虎克定律。 变形属于小变形范围。 失效准则为一点屈服即表示整个截面失 效。
• 长期以来，人们根据实践和试验的结果，对引起 构件破坏的原因，前后提出各种不同的假说。 • 这些假说经过生产实践和科学实验的不断验证， 逐步趋于完善，并能在一定范围内与实际相符合， 就上升为理论，通常称为强度理论。
• 强度理论是材料或构件失效的准则，引 入安全系数，就形成了材料或构件在设 计中的许用应力。 • 在压力容器及管道设计中，强度理论作 为弹性失效准则。
（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 身约束所引起的正应力和剪应力。 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，而使结构在受载时变形 协调。
二次应力的特征
这种应力的基本特征是它具有局部性和 自限性，也就当局部范围内的材料发生屈 服或小量的塑性流动时，相邻部分之间的 变形约束得到缓解而不再继续发展，应力 就自动地限制在一定范围内。
3、附属设施 附属设施是指阴极保护装置、压气站、泵站、 阀站、调压站、监控系统等； 4、安全保护装置 安全保护装置是指压力管道上连接的安全阀、 压力表、爆破片和紧急切断阀等。 5、压力管道元件间的连接方式 1）焊接 2）法兰连接 3）螺纹连接
第二节 压力管道应力分析
一、压力管道的安全 压力管道在什么情况下是安全的？ 理论上我们要解决三个问题。 1、外载荷是什么？ 2、在外载荷作用下，管道内的应力和变形？ 3、当外载荷不断增加时，管道的失效条件是 什么？ 下面我们通过载荷分析、应力分析、强度理 论分析来解决上述问题。
• 如果直接通过试验来确定材料的极限应 力，就要按照各种不同比例的三个主应 力进行实验。 • 由于三个主应力之间的比例是多种多样 的，要用不同的比例，通过许多试验来 确定材料在各种应力状态下的极限应力 值是很困难和不现实的。
• 因此，对上述问题，目前是根据实践中复合受力 下构件或材料的破坏现象，对之进行科学分析， 寻找导致破坏的主要原因，然后根据某一主要因 素，利用简单试验的结果，来建立复杂应力状态 下的强度条件。
压力管道强度及应力分析
杨玉芬 昆明理工大学
第一节 压力管道概念及组成
一、压力管道 压力管道是指利用一定的压力，用于输送气 体或者液体的管状设备，其范围规定为:最 高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的 气体、液化气体、蒸汽介质，或者可燃、易 爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或 者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大 于25mm的管道（《特种设备安全监察条 例》）。
• 三、管道所承受的荷载（ GB/T 20801）
• 具有不同特征的荷载对管道的影响不同，应 采用不同的分析方法。
• 管道设计应考虑以下荷载 • 1、内压、外压或最大压差 • 2、重力荷载 • 1）管道组成件、隔热材料、以及由管道支 承的其他重力荷载 • 2) 流体重量(包括液压试验 )以及寒冷地 区的冰、雪重量。
B、应力的作用区域和分布形式 即应力的作用是总体范围还是局部范围 的，沿厚度的分布是均匀的还是线性的 或非线性的。 目前，比较通用的应力分类方法是将压力 管道中的应力分为三大类： 一次应力、二次应力和峰值应力。
• （1） 一次应力P
• 一次应力是指平衡外加机械载荷所必须的 应力。一次应力必须满足外载荷与内力及 内力矩的静力平衡关系，
（4）疲劳分析的概念 应力随时间变化称为交变应力
交变应力很容易使结构产生裂纹并不断扩展继 而发生破坏，这种破坏形式称为疲劳破坏。 疲劳分析涉及广，计算量大，通常需要用计算 机辅助应力分析的方法。 JB4732 通过大量的表、曲线图来简化设计过 程，但设计人员仍需要经过专门培训使之专业 化。
3、应力强度及许用应力强度 • （1） 应力强度 • 压力管道各点的应力状态一般为二向或三向 应力状态，亦即复合态。 • 为了与单向拉伸试验所得到的材料力学性能 作比较，分析设计中最大剪应力准则相对应 的应力强度，其值为该点最大主应力与最小 主应力（拉应力为正值，压应力为负值）之 差。
(Sa为由疲劳所确定的虚拟应力强度的 幅值）
第四节
强度理论概述
•一、材料的失效形式 • 1、强度失效 • 断裂破坏：一般无明显的塑性变形即发生 断裂，破坏面比较粗糙，且多发生在最大 正应力截面上。 • 例如铸铁受拉伸时在横截面上的断裂及受 扭时在与轴线成45°角的截面上的断裂
• 屈服破坏（也叫流动破坏）：材料发生显 著的塑性变形，以致构件不能正常工作， 或发生剪切断裂。 • 2、刚度失效—弹性变形超过容许范围
二、管道的组成部分
管道主要由管道组成件和管道支承件组成， 用于输送、分配、混合、分离、排放、计量、 控制或制止流动的管子、弯头、阀门、法兰 垫片螺栓连接和其它组成件或受压部件的装 配总成。
二、管道的组成及结构 ( P12 图1.2.1 )
管道主要由管道组成件和管道支承件组成， 用于输送、分配、混合、分离、排放、计量、 控制或制止流动的管子、弯头、阀门、法兰 垫片螺栓连接和其它组成件或受压部件的装 配总成。
• 应力强度应满足：
• 强度条件应满足：
• （2）基本许用应力强度Sm • 在强度校核中，应力强度的允许值为许用 应力强度。 • 由于分析设计中对不同类型的应力应采用不 同的许用应力强度来校核，而最基本的许用 应力强度基准称为基本许用应力强度，其符 号为Sm （相当于规范设计中的[]) • 基本许用应力强度极限的安全系数如下表：
• 2、动荷载 使管道产生惯性力的荷载 此类荷载的明显特征为随时间快速改变， 可以是周期性的、随机的或瞬间的。 如风荷载、往复压缩机脉动等。
二、应力状态的概念 1、应力的概念及管道的破坏 • 内力： •内力是指在外载荷作用下，材料内部产生的 力。 • 应力： •应力在工程上的定义是指构件单位面积上所 承受的内力。
1、管道支承件： 是将管道荷载，包括自重、输送流体重 量、由于操作压力和温度差所造成的荷载以 及振动、风力、地震、雪载、冲击和位移应 变引起的荷载传递到结构架上去的元件。 这些元件包括： 安装件：吊杆、弹簧支吊架、拉杆、松紧 螺栓、导轨等 附着件：管吊、吊耳、圆环、夹子、夹 板等
2、管道组成件： 用于连接或装配成压力密封的管道系统机械 元件，包括管子、管件、法兰、垫片、紧固 件、阀门、膨胀接头、耐压软管、过滤器等。 管子指的是直管部分，有无缝钢管、有缝 钢管、金属管、非金属管等 管件事指将管子连接起来的元件，包括直 通、三通、四通、弯头、异径管等 还有阀门、法兰、膨胀节等
3、应力状态的概念 过截面上任一点处不同方向面上的应力 （正应力和切应力）的大小、方向、类型称 为该点应力状态. 工程上一般把构件中的应力分为: 单向应力状态、二向应力状态和三向应力状 态
练 习一
• 三、应力分类
• 1、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；
5、端点位移引起的荷载： 管道支吊架或管道连接的设备发生位移 时引起的荷载。
第三节 压力管道应力分析
• 一、荷载的分类
• 荷载使管道内产生应力和变形。 • 荷载的特性不同，在构件内引起的应力特性 也不同，所造成的材料破坏形式和机理也产 生差异。 • 一般情况下，载荷可分为两类：
• 1、静荷载
• 缓慢加载、长期存在、恒定不 变的荷载。 • 不会使管道产生振动。 • 如重力产生的荷载
• 它随外载荷的增加而增加，不会因达到材 料的屈服点而自行限制，所以，一次应力 的基本特征是“非自限性”的。 • 另外，当一次应力超过屈服点时将引起容 器总体范围内的显著变形或破坏，对容器 的失效影响最大。
• 一次应力还可分为以下三种。 • 1) 一次总体薄膜应力Pm • 2) 一次弯曲应力Pb • 3) 一次局部薄膜应力PL
三、
压力管道应力分析的任务
压力管道压力分析可以划分为静力分析和动 力分析。 静力分析是指在静载荷作用条件下对管道进 行力学分析，并得出相应的安全评定； 动力分析主要是指往复式压缩机和往复泵管 道的振动分析、地震分析等，其目的是有效 评价和控制其产生的安全隐患。 在工程实践中,大部分动力分析实际上都以静 力分析加修正系数的方式进行.
• （3）应力强度的限制条件 • 1)一次总体薄膜应力Pm • • Pm Sm PL 1.5Sm • 2)一次局部薄膜应力PL
• 3)一次弯曲应力Pb、二次应力和峰值应 力一般不单独存在，其组合应力的限制 条件为
•
•
PL +Pb 1.5Sm
PL +Pb +Q 3Sm
•
•
PL +Pb +Q +F 2Sa
3、 动力荷载： 1) 风荷载； 2) 地震荷载； 3) 流体流动导致的冲击、压力波动和闪 蒸等； 4) 由机械、风或流体流动引起的振动； 5) 流体排放反力。