压力管道强度及应力分析0概要
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摘要：压力管道应力分析是管道设计中最关键的工作之一。
管道设计应根据工业金属管道设计规范进行，进行管道设计应该从管道应力、管道材料和配管方面着手。
因为压力管道上存在复杂性的各种载荷，进行压力管道的应力分析的难度较大，导致阻碍管道设计工作，而且管道在运行和生产过程中的安全和质量关键是因为应力而存在的，因此找到管道应力分析的方法具有重要意义。
论述压力管道的应力特点和分布，能够提供给工程施工、管道选择和管道设计可靠的信息数据作参考，进而确保土建结构与管道连接的设备和管道自身的安全，保证了整个生产作业的安全，使压力管道提高使用价值。
关键词：应力；特点；压力；内容；管道前言：压力管道具有十分广泛的应用范围，而且在各个场所中的应用作用十分关键，压力管道关键作用是运输物质，在重要的大型建设工程中应用，如冶金工程、电力工程、天然气体、石油化工等，为满足一些需要进行供给或运输。
因为外界环境因素与整个管道系统均会很大程度的影响到压力管道应力，而且会受影响于流体的流动，这使应力分析增加了复杂度，应力分析压力管道应该结合实际的管道状况，尽量将接近实际、正确的分析结果准确模拟出来。
1应力分析压力管道的涵义在市政建设行业、化工行业、石油石化等产业普遍应用到管道，这些行业存在较高要求的工程安全指数与投资额，对压力管道进行应力分析应该对概念充分了解。
应力指的是管道构件应用在建设需要中承受的单位面积内力，其在荷载外力下形成的值较大，若是超出能够承受的材料极限强度，将造成管材失稳、破裂、变形等状况，关键在于因为外部热荷载与机械荷载导致的。
应力分析管道的状况下，能够确保良好的使用工艺装置而且保持其柔软性，精准的计算与分析热荷载与机械荷载后，获取设计管道的配件参数，计算变形与应力、应力与荷载，提供给管道配置合理的数据凭据，能够使管道产生的震动干扰减少，进而错开震源的震动频率，使管道的可靠性与安全性得到确保。
2应力分析压力管道的内容清楚了解分析的种类是应力分析压力管道的重要前提基础，按照不同种类应力的特点，应用针对性措施是压力管道减小应力，按照压力管道承受应力的作用方向、范围、强度大小，能够将压力管道上承受的应力分类成一、二次应力与峰值应力。
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。
压力管道应力分析
不同性质的载荷，在管道中所产生的应力 对管道安全的影响不同，因此，要根据不 同类型的载荷采用不同的强度条件，才能 在保障安全的前提下，尽可能的提高管道 运行的经济性。 对于压力管道，介质的内压是最主要 的载荷，也是管道强度计算的主要依据。
4、压力管道应力分析的目的 压力管道的设计应能够适应介质的压力、 温度和介质的操作条件，设计的核心问题是 研究压力管道在外载荷作用下，有效地抵抗 变形和破坏的能力，即处理强度、刚度和稳 定性问题，保证压力管道的安全性和经济性。 因此，对压力管道进行较为充分的载荷 和应力、应力与变形分析，构成了压力管道 设计的重要理论基础。
• （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
• 3、设计参数的确定
• ts= PD0 / (2[σ ]tEj+ PY) • （1）设计压力P（GB 50316 ，P13) • 设计压力应不小于操作条件最苛刻时的压 力。 • （2）设计温度 • 原则上说，设计温度应为管道器壁温度，实 际设计中以介质的操作温度作为设计温度
• （2）管子重量（自身、介质、保温层） • 高压、大直径钢管的重量（自身、介质、 保温层）不容忽视。 • 管子重量在水平布置的接管中产生类似 于梁的变形，而在竖直布置的接管中产 生压应力，困难造成失稳破坏。 • （3）零部件的重量 • （4）支吊架产生的支反力
• • • •
（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
管道应力分析主要内容及要点
管道应力分析的原则管道应力分析应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、管道支承或端点附加位移造成应力问题。
ASME B31《压力管道规范》由几个单独出版的卷所组成，每卷均为美国国家标准。
它们是子ASME B31 压力管道规范委员会领导下的编制的。
每一卷的规则表明了管道装置的类型，这些类型是在其发展过程中经考虑而确定下来的，如下所列：B31.1 压力管道：主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分区的供热和供冷系统中的管道。
B31.3 工艺管道：主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体和制冷工厂，以及相关的工艺流程装置和终端设备中的管道。
B31.4 液态烃和其他液体的输送管线系统：工厂与终端设备剑以及终端设备、泵站、调节站和计量站内输送主要为液体产品的管道。
B31.5 冷冻管道：冷冻和二次冷却器的管道B31.8 气体输送和配气管道系统：生产厂与终端设备（包括压气机、调节站和计量器）间输送主要为气体产品的管道以及集汽管道。
B31.9 房屋建筑用户管道：主要为工业设备、公共结构、商业和市政建筑以及多单元住宅内的管道，但不包括B31.1 所覆盖的只寸、压力和温度范围。
B31.11 稀浆输送管道系统：工厂与终端设备间以及终端设备、泵站和调节站内输送含水稀浆的管道。
管道应力分析的主要内容一、管道应力分析分为静力分析析1.静力分析包括：1)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一一防止疲劳破坏；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一防止法兰汇漏。
2.动力分析包括：1)管道自振频率分析一一防止管道系统共振：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（泵）气（液）柱频率分析一一防止气柱共振；4)往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。
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。
管道应力分析主要内容及要点
管道应力分析的原则管道应力分析应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、管道支承或端点附加位移造成应力问题。
ASME B31《压力管道规范》由几个单独出版的卷所组成，每卷均为美国国家标准。
它们是子ASME B31压力管道规范委员会领导下的编制的。
每一卷的规则表明了管道装置的类型，这些类型是在其发展过程中经考虑而确定下来的，如下所列：B31.1压力管道：主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分区的供热和供冷系统中的管道。
B31.3工艺管道：主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体和制冷工厂，以及相关的工艺流程装置和终端设备中的管道。
B31.4液态烃和其他液体的输送管线系统：工厂与终端设备剑以及终端设备、泵站、调节站和计量站内输送主要为液体产品的管道。
B31.5冷冻管道：冷冻和二次冷却器的管道B31.8气体输送和配气管道系统：生产厂与终端设备（包括压气机、调节站和计量器）间输送主要为气体产品的管道以及集汽管道。
B31.9房屋建筑用户管道：主要为工业设备、公共结构、商业和市政建筑以及多单元住宅内的管道，但不包括B31.1所覆盖的只寸、压力和温度范围。
B31.11稀浆输送管道系统：工厂与终端设备间以及终端设备、泵站和调节站内输送含水稀浆的管道。
管道应力分析的主要内容一、管道应力分析分为静力分析和动力分析1.静力分析包括：1)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一一防止疲劳破坏；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一防止法兰汇漏。
2.动力分析包括：1)管道自振频率分析一一防止管道系统共振：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（泵）气（液）柱频率分析一一防止气柱共振；4)往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。
压力管道强度及应力分析
由于压力或机械载荷引起的分布在局部范 围内的薄膜应力。这种应力达到屈服时， 由于材料的塑性变形，也只引起局部屈服， 周围仍受到弹性材料的约束，允许在局部 区域内产生屈服。如管道支架处或管道接 管连接处产生的应力
压力管道的载荷和应力分类
应力分类
u a2 b2
B Δu
a
T a2 b2
u
Tu
A
与直接从到有一根管 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
Δa C
仅在管内引起热应力，
而且在支吊架处引起支 a
u
座反力的变化，为了保
证管道和支吊架安全运 A
行，应求出支座反力。
x
小。而弯管在弯矩的
作用下，其应力与直
Py Mxy
B Px
压力管道的热应力分析
柔性系数和应力加强系 数
柔性系数（） 柔性系数：弯管相对于M 直管承受弯矩弯曲时， 发生转角的增大倍数。 弯管的柔性比直管大的 原因是，弯管在受弯矩 后，易产生如图所示的 扁平效应，使弯管的抗 弯模量减少，刚度降低
压力管道的热应力分析
热应力概念 示例
给一个例子说明热应力的影响，管材为， φ×，操作温度 ℃ ，安装温度为 ℃，其热 膨胀系数为× ℃，弹性模量为×，代入上 面热应力计算式，计算结果其热应力为， 产生的管端推力为。
压力管道的热应力分析
热应力概念
对于平面管系，端位
b
移为：
Δa
Δb
C
应力分类
一次应力（）
一次总体薄膜应力（） 它是管道的基本应力，分布在整个管道上， 在管道的截面上是均匀分布的。如内压力 引起的管道环向应力和轴向应力
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。
压力管道应力分析的内容及特点
压力管道应力分析的内容及特点摘要：压力管道是现代社会发展不可或缺的一部分。
对于压力管道，可能是由于相关部门未提交项目计划，压力管道的材料选择不正确，压力管道的安全性未经过测试等导致事故的原因。
焊接缺陷是其中之一。
压力管道紧急安全中最重要的因素。
因此，为了减少压力管道中紧急情况的发生频率，有必要加强焊接工作，减少压力管道中的焊接缺陷。
在此基础上，简要分析了压力管道焊接缺陷产生的原因，并提出了针对性的解决方案。
关键词：压力管道；焊接缺陷；对策引言作为特种设备，压力管道在化工、核电、采矿、市政管道等领域的应用很广。
管道运输是安全性最好、性价比最高的能源运输形式。
因此，压力管道是我国经济发展的重要组成部分，是国民经济的核心生命线。
目前很多压力管道已在役数十年，并逐渐进入事故多发期。
1.压力管道焊接残余应力下裂纹扩展研究1.1穿透裂纹应力强度因子在残余焊接应力的影响下，应力强度因子变得非常大。
焊接中的残余应力加快了裂纹扩展的速度，经过热处理后，焊缝周围的残余应力将大大降低，相对尖端的应力强度因子也将减小。
焊缝中心附近的裂纹在热处理后承受的应力较小，而应力强度因子的减小幅度更大。
1.2表面裂纹应力强度因子当管道裂缝仅承受内部压力时，应力强度因子会随着裂缝的长度和深度的增加而增加，并且这种变化变得稳定。
热处理后，应力强度因子将减小，这将减慢裂纹扩展的速度。
随着裂纹深度和长度的不断增加，焊接箍残余应力对管道的影响将逐渐减小，这将导致应力强度因子与应力强度因子之差的减小，这仅受应力内部压力的影响。
1.3 外载荷作用下残余应力的重分布分析在焊接后向管道施加内压而无裂纹，然后释放管道，将显着降低残余应力。
并且随着内部压力载荷的逐渐增加，焊缝附近残余拉应力的去除量逐渐增加。
这主要是由于以下事实：由外部负载产生的残余应力叠加在焊缝中的力上，从而使塑性变形区中的残余应力逐渐消除。
当负载较高时，残余应力也较低。
随着载荷的增加，内表面的轴向残余应力将逐渐减小。
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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 具有不同特征的载荷产生的应力状态，对 破坏的影响不同，对载荷分类可以方便研 究不同载荷对结构失效的影响
压力管道的载荷和应力分类
载荷的分类
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 活载荷 临时作用于管道上的载荷，如风载荷、地震载荷 等
压力管道的载荷和应力分类
载荷的分类
按载荷是否随时间变化分类 静力载荷 缓慢、无振动地加到管道上的载荷，大小和位置 均与时间无关，或极为缓慢地变化，惯性力很小 可略去不计的载荷。本章内容涉及的载荷基本上 是静力载荷 动力载荷 随时间迅速变化的载荷，使管道产生显著的运动， 必须考虑惯性力的影响。如管道的振动、阀门突 然关闭时的压力冲击、地震等
应力分类
一次应力（P） 一次总体薄膜应力（Pm） 它是管道的基本应力，分布在整个管道上，在管道 的截面上是均匀分布的。如内压力引起的管道环向 应力和轴向应力 一次弯曲应力（Pb） 这个应力在管道的很大区域内分布，在管道截面上 的分布是沿厚度变化的，呈线性分布。这种应力达 到屈服时，只是局部屈服，如果继续加载，应力在 管道截面上的分布重新调整，允许比一次总体薄膜 应力具有较高的许用应力。如由于管道的自重和机 械载荷引起管道的弯曲变形产生的弯曲应力等
压力管道的载荷和应力分类
一般压力管道应力许用值的限定
几个概念 安定性 结构在载荷（包括热负荷）反复变化的过程中， 不再发生塑性变形的连续循环 安定性准则 由于塑性材料具有二次应力的局部性和自限性， 控制结构在运行中不发生疲劳破坏，使结构保持 安定，而限定二次应力范围的方法
压力管道的载荷和应力分类
S1Z 2 P
t
PDw
ψ强度削弱系数，对于单筋、 蝶式等局部补强的三通， ψ=0.9。
压力管道的强度计算
焊制三通壁厚计算
上式适用于Dw≤660mm， dn/Dn≥0.8，1.05≤β≤1.5（其中 β=Dw/Dn）焊制三通。焊制三通 所用管子为无缝钢管（否则应考 虑焊接接头系数） 三通支管的计算式：
热应力概念
物体都具有热胀冷缩的性质，如果不允许物体自由变形 给其施加一约束，便在物体内部产生应力，称为热应力 或温度应力。
管道的自由伸长量
管端当量轴向力 当在管的两端不允许有 位移时，可以认为在管 端施加一力P，把其压 （或拉）到原长，即：
L T1 T0 L TL
t
f 1.25 0.25
t
f 1.25 zhl 时，单独计算二次应力时
t
式中：f 修正系数，交变次数N<7000次时，f=1.0， N≥7000次时,f=0.9
压力管道的强度计算
承受内压管子的应力分析
pDn 2S
2 pDn z 4S Dn S
压力管道的载荷和应力分类
载荷的分类
管道计算时主要考虑的静力载荷 介质压力也称压力载荷 持续外载（或机械载荷） 管道自重、支吊架反力和其它外载 位移载荷（或热负荷） 热胀冷缩和端点附加位移
压力管道的载荷和应力分类
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
t
S1t
PDn
P/（[σ]tφ）
0.2
0.5
1
2
4
8
10
12.5
θ
4
6
9
12.5
17.5
24
27
30
压力管道的强度计算
焊接弯头的强度计算
多节斜接弯头 当图中的θ≤22.5°时，用下面 两式计算许用压力，并取两者 的最小值
t S1 P
rp
S 0.643 r S tg p 1 1 S1
焊接弯头的强度计算
单节斜接弯头 当θ≤22.5°时的单斜接弯头相 同。当θ>22.5°时，单节斜接 弯头的最大容许压力用下式计 算：
t S1 P
rp
S 1.25 r S tg p 1 1 S1
上式是按边缘应力确定的允许 内压力。
压力管道的热应力分析
压力管道的强度计算
参数确定
壁厚附加量C=C1+C2 无缝弯管壁厚负偏差C1按下式计算：
C1 5 S1 100
钢板或钢带焊制管的壁厚负偏差C1：壁厚≤5.5㎜， C1=0.5㎜；壁厚≤7㎜，C1=0.6㎜；壁厚≤25㎜， C1=0.8㎜。 介质对管子的腐蚀速度＜0.05㎜/a，单面腐蚀 C2=1～1.5㎜，双面腐蚀C2=2～2.5㎜。
压力管道的载荷和应力分类
应力分类
峰值应力
由于载荷、结构形状的局部突变而引起的局部 应力集中的最高应力值。它的特征是整个结构 不产生任何显著的变形，它是疲劳破坏和脆性 断裂的可能根源。如管道中小的转弯半径处、 焊缝咬边处等
压力管道的载荷和应力分类
一般压力管道应力许用值的限定
几个概念 极限状态 当结构元件的某个截面上达到整个截面发生屈服 时的状态 极限载荷 对应极限状态时施加在结构上的载荷 极限载荷法 认为结构达到极限状态后，不能再进一步承受附 加载荷，可防止结构产生过渡变形，由此来规定 结构的许用应力值的设计方法
r
p 2
上面的 , z , r 三个表达式是承受内压圆筒应力 分布计算式（Lame公式）的平均值。Lame公式 是承受均匀分布内压圆筒的精确应力计算式
压力管道的强度计算
直管壁厚计算式
由最大剪应力理论可得管子的壁厚计算式： 按外径计算：
S1
按内径计算：
2 P
S1d S1Z
焊制三通的长度一般为3.5倍管子
dw Dw
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：
2 cos 0.006 P 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
压力管道的强度计算
参数确定
壁厚附加量C=C1+C2
C1 S1 无缝直管壁厚负偏差C1按下式计算： 100 普通钢管厚度负偏差α值
钢管种类
碳素钢和低 合金钢 不锈钢
壁厚（mm）
≤20 ＞20 ≤10 ＞10～20
负偏差α% 普通 15 12.5 高级 12.5 10
15 20
12.5 15
应力分类
二次应力（Q）
由于管道变形受约束而产生的正应力或剪应力， 它本身不直接与外载荷相平衡。二次应力的特 点是具有自限性，当材料是塑性材料时，在较 大应力区域产生塑性变形与之相邻部分的约束 得到缓解，变形趋向协调，应力不再继续增大， 自动地限制在一定的范围内。二次应力还具有 局部性，就是二次应力作用的区域范围限制在 局部区域内。如管道由于热胀冷缩、管道的曲 率发生突变、其它位移受到约束而产生的应力 均属于二次应力
压力管道的强度计算
参数确定
焊缝系数φ 无缝管φ=1.0; 单面焊接的螺旋线钢管φ=0.6; 纵缝焊接钢管：
双面焊的全焊透对接焊缝：
100%无损探伤，φ=1.0； 局部无损探伤，φ=0.85。 单面焊的对接焊缝，沿焊缝根部全长具有垫板： 100%无损探伤，φ=0.9； 局部无损探伤，φ=0.8。
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：
压力管道的载荷和应力分类
t
压力管道的强度计算
焊接弯头的强度计算
多节斜接弯头 上式中的R1值必须满足下列条 件：
A Dw R1 tg 2
式中A值由管子壁厚S1决定， 见下表：
S1 (mm)
≤12.7 12.7~22.5 ≥22.5
A
(mm)
25.4 2S1
(2 S1/3)+29.7 -
压力管道的强度计算
式中rp=rn+S1/2是管子平均半 径。上式是考虑斜接弯头接头 处的边缘应力（二次应力）， 允许的许用压力
压力管道的强度计算
焊接弯头的强度计算
多节斜接弯头
P
R1 rp S1 R 0.5r rp p 1 上式是考虑弯曲效应引起 的应力增加，允许的许用 压力。
S 1w Dw S1 1 4R
S 1w
Dw 1 t 2 P 4 R PDw
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
压力管道的载荷和应力分类
载荷的分类
按载荷的作用性质分类 自限性载荷（属静力载荷） 由于管道结构变形受约束所产生的载荷，不直接与 外部载荷平衡，当管道材料塑性较好时，其最大值 限定在一定范围内，不会无限制增大的载荷。如管 道温度变化产生的热载荷；结构曲率发生突变处附 近的边缘应力等 非自限性载荷（属静力载荷） 直接由外部作用的外力载荷。如介质压力、管道自 重等