管道应力分析与管道的振动

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石油化工设计中管道的应力分析

石油化工设计中管道的应力分析在石油化工设备和管道设计中，管道的应力分析是至关重要的一部分。

管道在输送化工产品、原油和天然气等流体过程中承受着巨大的压力和温度变化，因此对管道的应力进行准确的分析和评估是确保设备安全稳定运行的关键。

本文将就石油化工设计中管道的应力分析进行探讨，包括管道的应力来源、应力分析的方法以及如何通过应力分析来优化管道设计。

一、管道应力的来源管道在石油化工生产和运输中承受着各种不同类型的应力，主要包括以下几种：1. 内压力应力：当管道内输送流体时，流体对管道内壁产生压力，这种压力会导致管道内壁产生拉伸应力。

根据管道内部流体的压力大小和管道壁厚度，可以通过公式计算出内压力应力。

2. 外压力应力：当管道埋设在地下或者受到外部负荷作用时，管道外表面会受到外部压力的影响，产生外压力应力。

外压力应力的大小取决于埋深以及地下土壤或其他外部负荷的性质。

3. 温度应力：在石油化工生产中，管道内流体的温度会经常发生变化，管道壁由于温度变化而产生热应力。

当温度升高时，管道会受到膨胀，产生热膨胀应力；当温度降低时，管道会受到收缩，产生热收缩应力。

4. 惯性应力：当管道受到流体在流动中带来的冲击或者振动负荷时，管道会受到惯性应力的作用。

这种应力通常在管道系统启停或者调节流量时发生。

以上几种应力来源综合作用于管道中，会使得管道处于复杂的受力状态，因此需要进行系统的应力分析来保证管道的安全可靠运行。

二、管道应力分析的方法1. 弹性理论分析法：弹性理论分析法是管道应力分析常用的一种方法。

它基于弹性力学理论，通过有限元分析或者解析力学方法，对管道受力、应力分布和应力集中进行计算和分析。

这种方法可以较为准确地预测管道在各种受力情况下的应力状态，但需要复杂的数学计算和较高的专业知识。

2. 经验公式法：经验公式法是一种简化的应力分析方法，常用于一些简单的管道系统。

通过经验公式计算内压力应力、外压力应力和温度应力，并考虑到管道的材料性能和工作条件，可以得到初步的应力估计。

管道应力分析

管道应力分析
管道应力分析是一种普遍存在的、涉及多项工程设计技术的实用工程方法。

它的目的是为了评估管道系统的机械特性，以满足运行应力以及其它设计要求。

管道应力分析基本上是指在设计、构造和维护水力管道或管道网时，确定压力、载荷以及应力的分布情况。

管道应力分析的原则包括：收集所需的数据，如管道的长度、材质、特性、尺寸、结构和附件；应用结构力学原理，考虑管道配置、材料和运行参数，利用有限元分析、数值分析和扩展Q-T分析等工具，计算出管道的应力和变形；根据计算的应力及其比例，结合管道材料的断裂极限，判断管道是否能够承受设计要求的应力。

管道应力分析可以有效地帮助相关工程人员有效地了解管道的物理行为，从而更好地了解管道的设计特征，可以更准确地估算管道的运行安全性，并且可以有效地与设计团队进行有效沟通，解决可能存在的管道应力问题。

不仅如此，管道应力分析还可以帮助企业识别出其管道系统的弱点，如可能存在的不足的断面和支撑，从而设计出有效的结构及其它补救措施，使管道系统能够达到规定的要求。

总之，管道应力分析对于提高管道设计质量、提高工程经济性和保障管道系统的安全性具有重要意义。

管道设计中关于管道应力的分析与考虑

管道设计中关于管道应力的分析与考虑摘要：管道应力分析应该保证在设计的条件下有足够的柔性，为的是防止管道因为过度膨胀冷缩、管道自振或者是端点附加位移造成应力问题，在管道设计的时候，一部分管道要求必须进行管道应力分析和相关计算，同时还有一部分管道是不需要进行应力分析的，这种的管道分为两个部分，一种是根据实际的经验或者是已经成功的工程案例，在管道的设计中加上相应的弯管、膨胀节等环节来避免，所以就不需要进行管道应力分析，另一种就是管道的管径比较小，管道比较短，常温常压，不连接设备或者是不会产生振动，所以就不需要进行应力分析，文章就对管道的应力分析进行了详细的介绍说明。

关键词：管道设计应力分析柔性标准一、管道应力分析的主要内容管道应力分析主要分为两个部分，动力分析和静力分析：1、管道应力分析中的动力分析动力分析主要包括了六个方面，第一是管道自振频率的分析，为的是有效的防止管道系统的共振现象；第二是管道强迫振动相应的分析，目的是能够有效的控制管道的振动和应力；第三是往复压缩机（泵）气（液）柱的频率分析，通过对压缩机（泵）气（液）柱的频率的相关分析有效的防止气（液）柱的共振现象发生；第四是往复压缩机（泵）压力脉动的分析，起到控制压力脉动值的作用；第五是冲击荷载作用下的管道应力分析，可以防止管道振动和应力过大；第六是管道地震分析，为防止管道地震应力过大。

2、管道应力分析中的静力分析静力分析包括了六个方面的内容：第一是压力荷载以及持续荷载作用下的一次应力计算，为的是有效的防止塑性变形的破坏；第二是管道热胀冷缩和端点附加位移产生的位移荷载作用下的二次应力计算，通过二次应力分析计算防止疲劳破坏；第三是管道对设备产生的作用力的相应计算，能够防止作用力太大，有效的保证设备的正常运行；第四是对于管道的支吊架的受力分析计算，能够为支吊架的设计提供充足的依据；第五是为了有效的防止法兰的泄漏而对管道法兰进行的受力分析；第六是管系位移计算，防止管道碰撞和支吊点位移过大2、管道应力分析的目的对管道进行应力分析为的就是能够使管道以及管件内的应力不超过许可使用的管道应力值；为了能够使和管道系统相连接的设备的管道荷载保持在制造商或者是国际规定的许可使用范围内；保证和管道系统相连接的设备的管口局部管道应力在ASME Vlll允许的范围内；为了计算管道系统中支架以及约束的设计荷载；为了进行操作的工况碰撞检查而进行确定管道的位移；为了能够尽最大可能的优化管道系统的设计。

CAESARⅡ在往复压缩机管道振动及应力分析中的应用

数据输入完成后，程序在进行数据检查后才能进行静力计算。对于检查过程中出现的致命性错误，必须根据错误的内容，检查原始数据并返回数据输入（ piping spreadsheet）状态下进行更正，从而保证了管道系统数据的可靠性。 2. 3. 2 定义计算工况
经过错误检查后，管道分析的第一步就是定义要计算的载荷。压缩机管道上可能承受的载荷有管道自重、压力载荷、温度载荷、位移载荷、脉动压力载荷以及地震载荷、风载荷等。确定了载荷后，根据分析计算的要求，对各种载荷进行组合，用以对管道的安全进行判断。常用的载荷工况组合有：
1 管道振动及应力分析
1. 1 管道振动及应力分析内容管道系统的振动及应力分析主要包括管道系统
的静力学分析和动力学分析。静力学分析包括压力载荷和持续载荷作用下的一次应力计算校核，管道
热胀冷缩以及端点附加位移等载荷作用下的二次应力计算校核，管道支吊架、法兰的受力计算校核等。动力学分析包括管道系统的模态分析，受迫振动响应分析。 1. 2 管道应力的种类
［!］h S !a = （f l. 25［!］L + 0. 25［!］h - !l）（3）（3）管道振动的许用振幅［6］
管道振动导致管道损坏的可能性，取决于振幅的大小和振动的频率。管道振动振幅（双）的许用值和危险值，可以参考美国普度压缩机协会提供的管道（双）振幅的许用值和危险值。另外，美国的威尔逊（ Wiison）以及其他一些国家也提出了往复压缩机许用双振幅的标准。
峰值应力是指管件局部结构不连续，产生应力集中或有局部热应力时附加到一次应力或二次应力上的总和。
2 管道振动及应力计算步骤
管道系统振动及应力计算主要包括三个步骤：首先是正确建立模型，将所分析的管道系统的力学模型简化为程序所要求的数学模型。其次是真实地描述管道系统的边界条件。体现在工程问题上就是约束、位移、支吊架和管口等具体问题的模拟。最后是正确地分析计算结果，用计算结果来指导管道系统的设计与调整。 2. 1 数据输入

管道应力专业的工作内容

管道应力专业的工作内容一、管道应力专业的工作内容那可老丰富啦。

咱先说说管道应力分析这块儿。

这就是看管道在各种受力情况下的反应。

比如说，管道里面有流体在流，这就会产生压力，这压力对管道就有作用力，得分析这力会让管道变形到啥程度。

还有啊，管道可能会受到外部的力，像周围设备的振动啥的，这些外力也会影响管道的应力情况。

这就像是你站在一个有风的地方，风就是外力，你得站稳了，管道也得在这些外力下保持稳定。

二、管道的布局和走向也和应力专业有关。

你想啊，管道要是弯弯绕绕的，它受力情况肯定和直直的管道不一样。

设计管道走向的时候，得考虑怎么布局能让应力分布比较均匀，不能这儿应力太大，那儿应力又太小。

就好比你在搭积木，怎么搭才能让整个结构稳稳当当的，是一个道理。

而且不同的介质在管道里，对管道的作用力也有差别，像油和水，密度不一样，流动起来对管道的冲击力啥的就不一样，这些都得考虑进去。

三、管道的支撑系统也是管道应力专业的重要工作内容。

支撑就像是管道的“小助手”，能分担管道的重量和应力。

选择什么样的支撑方式，是用吊架还是支架，放在什么位置，这些都是有讲究的。

就像你背个包，要是有个地方能帮你托着点包，你就不会那么累，管道的支撑就是这么个作用。

而且在管道运行过程中，支撑可能会因为各种原因出现问题，像松动或者损坏，这时候就得靠应力专业的人去检测和修复，保证管道的安全运行。

四、管道应力专业还得考虑热胀冷缩的影响。

管道在温度变化的时候，会膨胀或者收缩。

如果不考虑这个，管道可能就会被拉坏或者挤坏。

这就像是你穿衣服，冬天衣服缩起来了，夏天衣服又松松垮垮的，管道也是这样。

所以要设计一些伸缩节之类的东西，让管道能自由伸缩，同时又能控制应力在安全范围内。

五、还有管道的连接部位，这也是应力容易出问题的地方。

像焊接的地方，如果焊接质量不好，应力就会集中在那儿，就像一根绳子，有个薄弱的地方就容易断。

所以要对连接部位进行应力测试，确保连接牢固，应力分布合理。

浅谈管道的地震应力分析

浅谈管道的地震应力分析前言：为了保证电厂的运行安全，需要对管道进行地震工况下的应力分析。

本文首先介绍了目前国际上应用较多的地震规范，然后详细讲解了如何在计算模型中进行设置地震工况，最后说明了对结果的分析。

关键词：地震应力分析管道设计1 引言电厂内部结构复杂，当地震袭来时，所有的结构、设备、管道同时受到激发，产生远远偏离设计工况的荷载。

如果设计中不考虑这方面的因素，地震一旦发生，将产生难以弥补的经济损失甚至人员伤亡。

在地震频发地区，以及要求万无一失的核电厂中，在电厂的设计中必须考虑地震的影响。

当前，地震分析主要采用两种方法，一种是将地震力分解为各个方向的加速度，用静态分析的方法进行模拟计算；另一种是采用动态分析的方法，将地震力作为一种响应谱输入到模型中进行计算。

根据经验，这两种方法得出的结果差别在允许的工程范围内，所以，采用任何方法都是可行的。

本文将主要以静态分析为例进行讲解。

B31E对地震计算有详细的说明，3.1节提到地震力的静态分析主要需要确定外部地震的水平和垂直加速度，这需要根据规范通过计算来获得。

地震加速度在三个坐标系方向上都存在，但我们可以通过垂直方向和各个水平方向的叠加来作为地震加速度。

2 地震分析理论简介2.1 地震分析所需的地震数据地震分析需要获得当地的地震力的情况或者地震等级情况，这一过程需要根据相关的规范结合业主提供的资料，进行分析后获得。

目前地震方面相关的国际规范主要有ASCE 7-05、NBC，国内相关的规范为《建筑抗震设计规范》。

我们应用这几个规范主要是对获得外部地震力的大小。

2.1.1 ASCE 7-05本规范对于水平加速度和垂直地震力的定义分别为（13.3节）：其中三个矢量分别为X，Y，Z方向上地震加速度的值。

3.2 工况组合详见图2，除了传统的OPE，SUS，EXP之外，因为本工程需要对地震过程中的应力进行校核，同时考察地震时支吊架的荷载情况，因此需要增加一系列设计工况。

输油管道挂桥动态应力及振动特性测试与分析

关键词：输油管线；挂桥；应力；振动响应；位移为把黄河以北各采油厂生产原油输送至黄河南
弯曲振动或激振，管道受激振动反作用于桥上时，又可能引起箱型结构桥身的驰振。如此相互作用既影响了大桥的使用安全，又影响挂桥管道的使用寿命。因此，挂桥输油管道结构和承托支座在不改造
设了４条０５９２ ×８挂桥输油管线。１９９４年，
由山东省公路桥梁检测中心检测发现：挂桥
管道底面普遍存在点状锈斑及起皮，管道承托支座有位移、悬空、缺损现象。为了消除
挂桥输油管道对大桥使用安全的隐患，对挂
有１１支座偏移，最大偏移１ｍ。２６个７ｃ３个支座脱
截面的管线、底面板、梁等部位的动应力响桥横压力降低，说明地层中出现了大孑道。Ｌ
位素测井时，应该适当地扩大示踪剂颗粒的范围，实测资料更能反映全井各小层的吸水状况并判断大
孑道。Ｌ
３结语
（）通过大孑道形成的机理分析，找出大孑道１ＬＬ形成的４种重要影响因素，并归纳了大孑道层的地Ｌ质特性和动态特征。（）根据实际同位素测井资料的异常响应分２
１９９７年４８月由山东省公路桥梁检测中心检～测发现：挂桥管道底面普遍存在点状锈斑及起皮，

管道设计中关于管道应力的分析与考虑

管道设计中对于管道应力分析的计算和设计应该考虑各方面的原因，
中支架以及约束的设计荷载；为了进行操作的工况碰撞检查而进行确定管
道的位移；为了能够尽最大可能的优化管道系统的设计。二、管道应力分析和相关设计
ｌ、管道柔性设计的相关问题
力过大。
进出加热炉以及蒸汽发生器的高温管道、进出汽轮机的蒸汽管道、进
２、管道应力分析中的静力分析静力分析包括了六个方面的内容：第一是压力荷载以及持续荷载作用
出离心压缩机的工艺管道以及透平鼓风机的工艺管道、进出反应器的高温
管道、温度超过４０ ¨ ０ ℃或者小于一５Ｏ ℃的管道、与离心泵连接的管道，可根据设计要求或者图表分析后需要进行应力分析的管道、利用简化方法初步分析之后需要进一步进行详细计算分析的管道以及、设备管口有特殊受力
三、结论
吊架的受力分析计算，能够为支吊架的设计提供充足的依据；第五是为了
有效的防止法兰的泄漏而对管道法兰进行的受力分析；第六是管系位移计算，防止管道碰撞和支吊点位移过大
２、管道应力分析的目的
对管道进行应力分析为的就是能够使管道以及管件内的应力不超过许可使用的管道应力值；为了能够使和管道系统相连接的设备的管道荷载保持在制造商或者是国际规定的许可使用范围内；保证和管道系统相连接的设备的管口局部管道应力在ＡＳＭＥＶｌｌｌ允许的范围内；为了计算管道系统

石油化工设计中管道的应力分析

石油化工设计中管道的应力分析石油化工设计中，管道的应力分析是至关重要的一环。

在石油化工项目中，管道系统承载着各种化工介质，其正确的应力分析可确保管道系统的安全运行。

本文将从管道应力的定义、应力分析的重要性、应力分析的方法以及应力分析的应用等方面进行详细介绍。

一、管道应力的定义管道应力是指管道在内外载荷作用下所产生的应力状态。

内载荷包括介质压力、介质温度变化引起的热应力等，而外载荷则包括风载荷、地震作用、管道施工过程中的施工载荷等。

在石油化工设计中，管道应力主要包括轴向应力、周向应力和剪切应力等。

二、应力分析的重要性管道应力的分析对石油化工项目的安全稳定运行至关重要。

正确认识管道的应力状态能够避免管道系统出现过度应力破坏、应力腐蚀裂纹等问题，从而保障生产系统的安全稳定运行。

合理的应力分析还可以指导设计人员优化管道系统的设计，提高其运行效率，减少资源浪费。

1. 模拟分析法：通过有限元分析软件对管道系统进行模拟建模，并对不同载荷条件下的应力进行计算。

2. 经验计算法：利用经验公式或经验参数计算得到管道系统在不同载荷下的应力状态。

3. 简化计算法：将复杂的管道系统简化为理想模型，利用简化的方法对管道的应力状态进行计算。

1. 管道受力分析：对管道系统在不同条件下的受力状态进行分析，确保其能够承受外部载荷的作用，不产生过度应力。

2. 安全评估：对管道系统的应力状态进行评估，判断其安全稳定性，发现潜在问题并进行预防性维护。

3. 设计优化：通过应力分析，优化管道系统的设计方案，提高其运行效率，减少资源浪费。

4. 施工指导：在管道施工过程中，根据应力分析结果，制定合理的施工方案，确保管道系统的施工质量。

压力管道异常振动分析及消除措施

３）设计防止水击的设备。安装水击消除器，当管路中压力升高时消除器的弹簧受到压缩，水被排出而泄压，因此降低了水击压力：在水泵的出口处增设泄压阀，让水击产生的压力增值释放出去，达到保护水泵和管道的目的；安装止回阀的旁通管，可以防止突然停泵引发的水击：根据需要增设缓闭式止回阀，延长阀门全部关闭所需的时间：在管道上安装排气阀，及时排走管道中的气体，避免管道产生气室。４２改变管道的固有频率
的折线代替；法兰和阀门作为集中质量来考虑。３）管流脉动引起的振动。管道输水介质通过压缩机或水泵等加压作为动力源。这种加压方式是
间隙性的。由于间隙加压，管道内的压力在平均值的上下波动，即产生压力脉动，管道内的介质处于脉动状态。脉动的流体遇到管道弯头、异径管、控制阀节流孔板等管道元件，产生一定的随时间而变化的激振力，在这种激振力作用下，管道和附属设备就会产生振动。
４压力管道异常振动常见的消除措施
４１合理设计管道系统１）管道系统。基频共振振幅最大，高阶共振的振幅较小，所以在管道设计时应该尽量避免发
生低频共振。目前的常见方法有调整管道的走向、支承位置、支承结构及管道结构尺寸等，将系统的固有频率调高到激振力主频率的２．８－３．０倍以上。在实际应用中，由于现场条件和工艺条件的限制，管道的走向和结构尺寸无法改变，只有通过改变约束条件即支承位置和支承结构来改变系统的固有频率。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成功案例
５１邯钢ＣＳＰ生产线水处理Ｇ１３泵组调试时振动问题的处理如图１所示为邯钢ＣＳＰ生产线永处理Ｃ１３泵组的简图。图中的电动蝶阀２根据水池的液位计自
动进行调节，用于防止水池被抽空。调试之初，当水泵启动后，最小液面保持管道４产生了剧烈的振动，给系统的运行带来很大的安全隐患。经过分析，认为造成振动的主要原因为管道４内产生Ｔ负压。于是决定在管道４的水平处安装一个ＤＮｌ００的阀门和２米高的管道（Ｄ１０８），直接与大气接通，使管道４内压力与大气压相同，水自由下落。实践证明此方法是正确的，彻底解决了管道４的振动问题。

海底管道液体运输中的管道振动和疲劳分析

海底管道液体运输中的管道振动和疲劳分析海底管道承担着将石油、天然气等重要能源从海上开采场地输送到陆地的重要任务。

然而，在运输过程中，海底管道往往会遭受到来自海洋环境的振动力和外界荷载的作用，这些因素导致了管道的疲劳问题。

为了确保海底管道的安全可靠运行，进行管道振动和疲劳分析变得至关重要。

管道振动是指管道受到外界激励时的振动现象。

海洋环境中存在着波浪、涡流、海底地震等导致管道振动的因素。

这些振动力会对管道产生应力集中和疲劳破坏的风险。

因此，准确地分析管道受到的振动力对于确定管道的运输能力和寿命具有重要意义。

管道疲劳是指由于外界荷载作用，管道内部产生的应力循环导致管道材料发生破裂的现象。

疲劳问题是海底管道运输过程中最严重的问题之一。

长期以来，疲劳问题导致了很多管道事故和能源泄漏事故的发生，造成了巨大的经济损失和环境污染。

因此，对管道的疲劳行为进行分析和评估，以设计出更安全可靠的管道系统，具有重要的现实意义。

在进行管道振动和疲劳分析时，需要考虑多种因素。

首先，需要对管道受到的外界激励进行准确的建模和分析。

这包括波浪、涡流、震动等因素的考虑。

其次，需要对管道的结构特性进行准确的描述，包括材料性质、几何形状、支撑方式等。

此外，还需要考虑管道的运行环境，如水深、海底地质条件等因素。

对于管道振动的分析，可以采用数值模拟方法。

通过有限元分析等技术，可以模拟和预测管道受到的振动力，并对其产生的应力和位移进行计算。

此外，还可以采用试验方法，通过在实验室中进行管道模型的振动试验，获取实际振动数据，并对其进行分析和评估。

对于管道疲劳的分析，可以采用应力循环法。

通过对管道受到的应力循环进行计数和评估，可以确定疲劳寿命和疲劳破坏的风险。

同时，还可以采用裂纹扩展法，通过模拟裂纹的扩展和破裂行为，对管道进行疲劳寿命估计和可靠性评估。

除了对管道振动和疲劳进行分析外，还可以采取一系列的措施来减小振动和延长疲劳寿命。

比如，在设计阶段就考虑减震措施、选择合适的材料、优化管道结构等。

压力管道应力分析

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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) 式中： ts 管子的计算壁厚, mm; P 管子的设计压力 MPa; D0 管子的外径， mm; Ej 焊接接头系数; [σ ]t 管子材料在设计温度下的许用应力, MPa。 Y 考虑温差应力影响的系数
• ts= PD0 / (2[σ ]tEj+ PY)
• （3）许用应力[σ ]t （GB 50316 ，P102) • 许用应力的选取要考虑四方面的因素: • 材料、使用状态、厚度范围、设计温度 • （4）焊接接头系数Ej（GB 50316 ，P21) • Ej ≤1.0
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。
• 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σ r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
• （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。 • 反之称为厚壁管，应力分布为三向应力状态或平面应变状态。
e
内压折算应力或叫当量应力操作时，管道器壁的温度
• 2）管道在工作条件下，内压轴向应力和持续外载荷的验算 • 轴向应力除了内压外，外载荷如管道重量、部件重量、支反力也会在轴向产生弯曲应力与内压轴向应力叠加。 • 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 • σ zhl ≤[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。

管道振动分析

输水管道振动分析水利水电工程和农业水利工程中，为了减小蒸发、输水方便、利于控制，常采用压力管道进行输水。

在管道输水过程中，往往会发生管道的振动现象，若管线长期振动会遭受疲劳破坏，进而引发管线断裂、水体外泄等事故。

应在设计中予以考虑。

1.输水管道振动机理在压力和流速作用下，管道壁会承受动水压力，动力设备、来流条件、流体输送机械操作和外部环境的刺激会使管道产生随机振动。

管道、支架和相连设备构成一个结构系统，在激振力的作用下，系统会发生振动。

管道振动分为两个系统：一个是管道系统，一个是流体系统。

压力管道的激振力来源于系统自身或系统外部。

来自系统自身的激振力主要有与管道相连接的机器的振动和管内流体不稳定流动引起的振动；来自系统外的主要有风、地震等。

振动对压力管道而言是交变荷载，危害程度取决于激振力的大小和管道的抗震性能。

2.管道激振力分析来自系统内部的激振力主要有以下几种：2.1 由于运动要素脉动产生的脉动压力实际工程中的液体流动多属于紊流，其基本特征是许多大小不等的涡体相互混掺着前进，在流动过程中流速、压强等运动要素会发生脉动，继而产生脉动压强和附加切应力，管道在此作用下会发生振动。

2.2 由于气蚀产生的冲击力对于部分压力管道，基于提供水流动能和节省工程投资的需求，常选择断面较小的管道，管道内流动的水流为高速水流。

水流流动过程中动能较大，压能较小，当压强低于同温度下的气化压强时，部分液体发生气化，产生空泡。

空泡随液流前进的过程中逸出，当压强增大，其自身的存在条件被破坏后，空泡发生溃灭。

空泡在管壁附近频频溃灭，会在瞬间产生较大的冲击力，使管道发生振动。

2.3 由于水击产生的水击压力压力管道中流动的液体流速因某种外界原因发生急剧变化时（如阀门开启或关闭），由于液体具有一定的压缩膨胀性，液体内部压强产生迅速交替升降，这种交替升降的水击压力像锤子击打在管壁、阀门或其他管路元件上一样，造成管道的弹性变形和振动。

管道设计中关于管道应力的分析与考虑

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。

压缩机气体脉动分析和管道振动分析(2)

管道振动分析：有限元方法实例
结果提取： 1. 进一步可以选择频率21Hz，相位171.759 度时的整个管道的应力和变形情况。 2. 当然，程序也可观察任意频率、任意相位角下的变形情况。 3. 由此可以看出，振动分析所产生的数据量是非常巨大的。
管道振动分析小结
1. 与静力分析相比，管道的振动分析无论是建模输入还是结果数据都非常复杂，特别是对结果的分析评判需要比较丰富的理论知识背景，同时还需要比较丰富的经验和技巧。
管道振动分析：有限元方法
从前面的介绍可以知道，对于管道振动分析，其基础在于构造整个系统的质量矩阵和刚度矩阵，通过求解特征值和特征向量，得到固有频率和模态，最后通过模态叠加法得到系统振动响应。但是，实际的管道系统结构形式和布置都非常复杂，不可能直接写出其质量矩阵和刚度矩阵，因此在分析中目前都使用有限元方法。
2. 随机振动：激力是随机的，响应也是随机的，不能用时间的确定性函数来表示，这类振动问题通常需要用概率和统计方法来估算响应值（最大值、平均值、方差）
管道振动分析
由于动力学分析比静力分析运算量要大很多（在时间历程里面的每一个积分点都是一个静力计算），因此对于管道工程来说，不可能对所有的振动都采用振动方法来分析，而是对大多数问题采用简化方法~准静态方法来计算。下面简单介绍一下工程中常见的振动问题处理方法： 1. 风载荷引起的管道振动风载荷是典型的随机振动，随机振动与确定性振动相比，其运算量更大，而通常管道由于截面小，风载荷并非主要载荷因素，因此在实际分析中，分载荷往往是根据规范进行等效静力分析。当然，特殊情况下，对于细长的垂直管道，有必要采用动力分析。 2. 地震引起的管道振动与风载荷类似，地震载荷也是典型的随机振动。为了简化计算，在管道应力分析中如考虑地震载荷的话，也是采用等效静力分析的方法。与设备相比，管道的质量相对较小，地震发生时管道自身受到地震作用造成应力过大而破坏的可能性不大，通常是由于设备或者结构倒塌造成的管道破坏。