应力分析基础

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应力分析理论基础资料

2019/4/5
薄膜应力：沿截面均匀分布的应力成分，它等于沿所考虑截面厚度的应力平均值。一次总体薄膜应力：影响范围遍及整个结构的一次薄膜应力。一次局部薄膜应力：影响范围仅限于结构局部区域的一次薄膜应力，通常其应力水平大于一次总体薄膜应力。一次弯曲应力：由内压力或其他机械荷载所引起的沿截面厚度线性分布的应力。一次弯曲应力不能简单理解为由弯矩引起的应力，它实际上是值沿厚度线性变化的那一部分应力。另外在分析设计中还提出了峰值应力的概念，其定义如下。峰值应力：由局部结构不连续或局部热应力影响而引起的附加于一次加二次应力的应力增量。它不是应力集中处最大应力的全值，而是扣除一次应力与二次应力之后的增量部分。峰值应力的基本特征是局部性与自限性。在压力容器分析设计中采用的强度理论是最大剪应力理论。最大剪应力理论的当量应力是第一主应力与第三主应力之差，在压力容器分析设计中，将这一当量应力定义为应力强度。压力容器分析设计中各类应力的校核条件为： 1) 一次总体薄膜应力强度 m 2) 一次局部薄膜应力强度 1.5 m 3) 一次薄膜应力加一次弯曲应力强度 1.5 m 4) 一次加二次应力强度 3 m
纵向应力 - SL 环向应力 - SH 径向应力 - SR 剪切应力 -
2019/4/5
纵向应力分量
• 沿着管子的轴向。 • 轴向力
– 轴向力除以面积 (F/A)
• 压力
– Pd / 4t or P*di / ( do2 - di2 )
• 弯曲力矩
– 最大应力发生在圆周的最外面。 – Mc/I – I/R(半径 )= Z (抗弯截面模量);使用 M/Z
2019/4/5
静态分析目的
• 静力分析是指在静力载荷的作用下对管道进行力学分析

压力管道应力分析基础理论

疲劳失效的研究最早由A.R.C. Markl et. al.在上世纪 40至50年代进行；
疲劳失效
温度的变化导致结构可能在冷热两个状态下产生屈服变形；
疲劳失效
与垮塌性荷载不同的是，当材料发生屈服时，如果应力峰值满足一定条件下，并不会立即发生非自限性的失效，而是系统停止运行后，产生自限性的残余应力。
强度理论
我们如何来评价失效？——通过强度理论第一强度理论：最大主应力理论（Rankine）第二强度理论：最大伸长线应变第三强度理论：最大剪应力理论（Tresca）第四强度理论：最大变形能理论（Von mises）
强度理论
第三强度理论：第四强度理论：
S13
S 1 21 2 2 2 3 2 3 1 2
CAESAR II 管道应力分析理论
AECSOFT
前言
我们为什么要进行管道应力分析? 我们需要做什么？我们如何模拟一个管道系统？我们如何来分析计算的结果？
我们为什么要进行管道应力分析?
复杂管线中可能存在压力、重量、温度、风、海浪、土壤约束以及地震、动设备的振动、阀门关闭、开启导致的水锤气锤等外力载荷作用。载荷是管道产生应力问题的原因。
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。
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：
应力计算式：
S 1 F A / X A m M / Z P / 4 t d S h
一次应力通常暗示了支架跨距是否满足要求；

CATIA材料应力分析

CATIA材料应力分析CATIA（计算机辅助三维交互应用）是一种先进的计算机辅助设计软件，被广泛应用于航空、汽车、电子等领域。

在设计产品时，了解材料在应力下的行为非常重要，CATIA能够通过材料应力分析来帮助工程师评估产品的可靠性和安全性。

本文将对CATIA材料应力分析进行详细介绍。

一、CATIA材料应力分析基础材料应力分析是指通过计算和模拟，在给定加载情况下对材料的应力进行预测和分析。

为了进行材料应力分析，CATIA提供了以下基础知识和工具：1. 材料特性定义：在进行应力分析之前，首先需要定义材料的特性，如弹性模量、泊松比、屈服强度等。

这些特性将直接影响材料在应力下的行为。

2. 载荷定义：CATIA允许用户定义多种载荷类型，如压力、力、力矩等。

用户可以根据实际情况进行选择和设置。

3. 材料性能模型：CATIA提供了多种材料性能模型，如线性弹性、非线性弹性、塑性等。

用户可以根据材料的实际性能选择合适的模型。

4. 网格划分：为了进行数值分析，需要将模型离散为有限单元，即网格。

CATIA提供了自动和手动两种网格划分方法，以满足不同需求。

二、CATIA材料应力分析流程在CATIA中进行材料应力分析的一般流程如下：1. 几何建模：首先，使用CATIA进行几何建模，创建产品的三维模型。

这涉及到创建构件、装配和表面定义等步骤。

2. 材料定义：根据产品的实际使用条件和要求，定义材料的特性参数，如弹性模量、屈服强度等。

3. 载荷和边界条件定义：设定产品在使用时所受到的载荷和边界条件，如外力、支撑条件等。

4. 网格划分：将产品几何模型离散化为有限单元网格。

使用CATIA 的网格生成工具，可以根据需要进行自动或手动的网格划分。

5. 材料性能模型选择：根据材料的实际性能和行为，选择合适的材料性能模型，并进行参数设置。

6. 求解：进行应力计算。

CATIA利用数值方法求解有限元方程，得出产品在加载情况下的应力分布和变形情况。

第三章力学基础(应力分析)

主应力
4 2 3
例题：已知点的应力状态 ij 2 6 1 ，求其
3 1 5
的主应力、主方向。（应力单位：MPa）
解：
J1 x y z 4 6 5 15
J2
(
x
y
y
z
z
x)
2 xy
2 yz
2 zx
(24 30 20) 4 1 9 60
x xy xz 4 2 3 J3 xy y yz 2 6 1 120 6 6 20 4 54
)l ( y
yxm )m
zxn zyn
0 0
xzl yz m ( z )n 0
主应力
➢ 由于 l 2 m2 n2 1 ，因此l、m、n不同时为零则三元齐次方程组的系数矩阵一定等于零
x xy xz
yx y
yz
yz zy 0 z
展开方程组系数矩阵，可得
3 J1 2 J2 J3 0
主应力
➢应力状态特征方程
3 J1 2 J2 J3 0
式中 J1 x y z
J2
( x y
y z
z
x
)
2 xy
2 yz
2 zx
J3
x y z
2 xy yz zx
x
2 yz
y
2 zx
z
2 xy
主应力
➢ 应力状态特征方程 3 J1 2 J2 J3 0 的三
xl2 ym2 zn2 2( xylm yzmn zxnl) 即 ijlil j
2 n
S2
2 n
如何求解斜面上的应力
例题说明
➢ 已知某点应力张量为
ij yxx
xy y
xz yz

管道应力分析基础知识

管道应力分析基础知识2009-04-09 13:551. 进行应力分析的目的是1) 使管道应力在规范的许用范围内；2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准；3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载；4) 解决管道动力学问题；5) 帮助配管优化设计。

2. 管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？答：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一一防止作用力太大，保证设备正常运行；(4) 管道支吊架的受力计算一一为支吊架设计提供依据；(5) 管道上法兰的受力计算一一防止法兰泄漏；(6) 管系位移计算一一防止管道碰撞和支吊点位移过大。

2) 动力分析包括：(1) 管道自振频率分析--- 防止管道系统共振；(2) 管道强迫振动响应分析一一控制管道振动及应力；(3) 往复压缩机气柱频率分析--- 防止气柱共振；(4) 往复压缩机压力脉动分析--- 控制压力脉动值。

3. 管道应力分析的方法管道应力分析的方法有：目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。

选用什么分析方法，应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。

4. 对管系进行分析计算1) 建立计算模型(编节点号)，进行计算机应力分析时，管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点：(1) 管道端点(2) 管道约束点、支撑点、给定位移点(3) 管道方向改变点、分支点(4) 管径、壁厚改变点(5) 存在条件变化点(温度、压力变化处)(6) 定义边界条件(约束和附加位移)⑺管道材料改变处(包括刚度改变处，如刚性元件)(8) 定义节点的荷载条件(保温材料重量、附加力、风载、雪载等)(9) 需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点)(10) 动力分析需增设点2) 初步计算(输入数据符合要求即可进行计算)(1) 利用计算机推荐工况(用CASWARI计算，集中荷载、均布荷载特别加入)(2) 弹簧可由程序自动选取(3) 计算结果分析(4) 查看一次应力、二次应力的核算结果(5) 查看冷态、热态位移(6) 查看机器设备受力(7) 查看支吊架受力(垂直荷载、水平荷载)(8) 查看弹簧表3) 反复修改直至计算结果满足标准规范要求(计算结果不满足要求可能存在的问题)(1) 一次应力超标，缺少支架(2) 二次应力超标，管道柔性不够或三通需加强(3) 冷态位移过大，缺少支架(4) 热态水平位移过大，缺少固定点或n型(5) 机器设备受力过大，管道柔性不够(6) 固定、限位支架水平受力过大，固定、限位支架位置不当或管道柔性不够(7) 支吊点垂直力过大，可考虑采用弹簧支吊架(8) 弹簧荷载、位移范围选择不当，人为进行调整5. 编制计算书，向相关专业提交分析计算结果1) 计算书内容(1) 一次应力校核内容(2) 二次应力校核内容(3) 约束点包括固定点、支吊点、限位导向点和位移点冷态、热态受力(4) 各节点的冷态、热态位移(5) 弹簧支吊架和膨胀节的型号等有关信息(6) 离心泵、压缩机和汽轮机的受力校核结果(7) 经分析最终确定的管道三维立体图，包括支吊架位置、形式、膨胀节位置等信息2) 向相关专业提交分析计算结果(1) 向配管专业提交管道应力分析计算书，计算书不提供给甲方(2) 向设备专业提交设备需确认的设备受力(3) 如果支撑点、限位点、导向点的荷载较大，应向结构专业提交荷载数据(4) 将往复压缩机管道布置及支架设置提交压缩机制造厂确认6. 何谓一次应力，何谓二次应力？分别有哪些荷载产生？这两种应力各有何特点？答：一次应力是指由于外加荷载，如压力或重力等的作用产生的应力。

第三章构造研究中的应力分析基础

2．三轴应力状态．
一般利用与三个主应力轴分别平行的三对特殊截面上的应力状态来分析三轴应力状态。实际上是把三轴状态转化为双轴状态。
最大剪应力作用面
2 3 3
1
1
3 2 1 2
三轴应力状态立体图及其二维应力莫尔圆
在三轴应力状态下，最大剪应力仍作用在与最大主应力轴 σ1呈45 °和 135 ° 的截面上。
τ xy = τ yx ,τ xz = τ zx ,τ yz = τ zy
σ 1 σ2 σ3
主应力(principal stress)：无剪切应力切面上的正应力。主应力(principal stress)：无剪切应力切面上的正应力。二维上记做σ1和 σ2（代数值 σ1 >σ2）；三维时则为σ1>σ2 > σ3 主应力的方向称为该点应力主方向(principal stress directions) ：主应力的方向称为该点的应力主方向。的应力主方向。三维情况下，应力主平面(principal planes of stress) ：三维情况下，与主应力方向垂直的切面，或是任意两个应力主方向确定的平面。方向垂直的切面，或是任意两个应力主方向确定的平面。
左图中应力矢量均为压性，即他们的法向分量均为压性。根据习惯，这种矢量均画成向内指向椭圆的中心，右图为张应力状态的应力椭圆。
应力椭圆：二维情况下，平面某点各方向应力矢量形成的椭圆，应力椭圆：二维情况下，平面某点各方向应力矢量形成的椭圆，其长短轴分别为该点的最大和最小应力（主应力）。其长短轴分别为该点的最大和最小应力（主应力）。应力椭球：三维情况下，某点各方向应力矢量形成的椭球，其应力椭球：三维情况下，某点各方向应力矢量形成的椭球，三轴代表该点的主应力。三轴代表该点的主应力。

固体力学基础应力分析

应力矢量的分量
通常将应力沿垂直于截面和平行于截面两个方向分解为正应力分量和剪应力分量
τT
σ
笛卡尔坐标面上的应力分量
应力分量
z
o
y
x
描述应力分量，通常用一点平行于坐标平面的单元体，各面上的应力矢量沿坐标轴的分量来表述。
笛卡尔坐标面上的应力分量
z
oy x
σyz
σyx
σyy
图示单元体面的法线方向为y坐标轴，称为y面，应力矢量在垂直于单元体面方向上的应力分量称为正应力分量。
最大剪应力
( ) τ max
=
1 2
σ max
− σ min
最大剪应力作用在平分最大和最小主应力之间夹角所对应的平面上
弹性理论的适用范围是由材料的屈服条件来确定的。大量实验证明，剪应力对材料进入塑性屈服阶段起决定性作用，例如第三强度理论，又称特雷斯加（Tresca H)屈服条件，是以最大剪应力为材料是否进入塑性屈服阶段的判据；第四强度理论，又称米泽斯（Von Mises R)屈服条件，则与八面体剪应力有关。
标量称为零张量，矢量为一阶张量，应力是二阶张量。
矢量与张量
应力张量：一点的应力状态，它具有二重方向性，即应力分量的值既与截面法线的方向有关又与应力分量本身的方向有关，是二阶张量，可记为(σ ij ) 。
(σ ij ) =

σ σ
xx yx
σ xy σ yy
σ σ
xz yz

σ zx σ zy σ zz
正应力分量记为σyy,沿y轴的正向为正,其下标表示所分量沿坐标轴的方向。
应力矢量在平行于单元体面方向上的应力分量称为剪应力分量，用σyx 、 σyz表示，其第一下标y表示所在的平

ANSYS基础教程-应力分析

求解。
·网格划分的三个步骤: – 定义单元属性 – 指定网格控制 – 生成网格 ·单元属性是网格划分前必须建立的有限单元模型属性。它们包括: – 单元类型 – 实常数 – 材料性质
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单元类型 ·单元类型是一个重要的选项，该选项决定如下的单元特性: – 自由度(DOF)设置. 例如，一个热单元类型有一个自由度：TEMP，而一个结构单元类型可能有 6 个自由度： UX, UY, UZ, ROTX, ROTY,ROTZ. – 单元形状-- 块,四面体, 四边形,三角形等 – 维数-- 2-D (仅有 X-Y 平面), or 3-D. – 假定的位移形函数-- 线性及二次 ·ANSYS 有超过 150 个的单元类型可供选择。对于如何选取单元类型稍后介绍，现在，请看如何定义单元类型。 ·定义单元类型: –Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete ◆[Add]添加新单元类型 ◆选择想要的类型(如 SOLID92) 并按 OK 键 ◆[Options]指定附加的单元选项 –或使用 ET 命令: ◆et,1,solid92
·当你需要把几何模型的单位转换成另一套单位，比如说，从英寸到毫米，比例缩放就显得十分必要。
·在 ANSYS 中缩放模型: –首先保存数据库--Toolbar > SAVE_DB 或使用 SAVE 命令。
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–接着 Main Menu > Preprocessor > Operate > Scale > Volumes (在模型上选择相应的实体部分)
·既可以在 ANSYS 中创建实体模型，也可以从其他软件包中输入实体模型 ·两种方法的详细情况以后介绍，现在，我们简要地讨论如何输入一个 IGES 文件和缩放所需的几何模型 ·IGES (Initial Graphics Exchange Specification) 是用来把实体几何模型从一个软件包传递到另一个软件包的规范 –IGES 文件是 ASCII 码文件, 很容易在两个计算机系统间传递。 –许多软件包,包括 ANSYS 在内, 允许读写 IGES 文件。 ·输入 IGES 文件到 ANSYS 中: – Utility Menu > File > Import > IGES... ◆在弹出的对话框中，选择 No defeaturing *(缺省值) ，按下 OK (默认其他选项)。 ◆在第二个对话框中选择想要的文件并点击 OK.

应力分析基本知识

1．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。

2．管道应力分析的主要内容管道应力分析分为静力分析和动力分析。

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——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——防止法兰汇漏。

动力分析包括：l）管道自振频率分析——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——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。

3．管道上可能承受的荷载（1）重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等；（2）压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力；（3）位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等；（4）风荷载；（5）地震荷载；（6）瞬变流冲击荷载：如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击：（7）两相流脉动荷载；（8）压力脉动荷载：如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；（9）机械振动荷载：如回转设备的振动。

4．管道应力分析的目的1）为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值；2）为了使与管系相连的设备的管日荷载在制造商或国际规范（如NEMA SM-23、API-610、API-6 17等）规定的许用范围内；3）为了使与管系相连的设备管口的局部应力在 ASME Vlll的允许范围内；4）为了计算管系中支架和约束的设计荷载；5）为了进行操作工况碰撞检查而确定管于的位移；6）为了优化管系设计。

5．管道柔性设计方法的确定一般说来，下述管系必须利用应力分析软件（如 CAESAR II）通过计算机进行计算及分析。

应力分析基础知识及建模2020.07.22

应⼒分析基础知识及建模2020.07.22第⼀部分应⼒分析简介 (1)1.0 应⼒分析任务 (1)1.1管道静⼒分析的任务 (1)1.2管道动⼒分析的任务 (1)1.3应⼒分析的⽬的 (2)2.0 管系应⼒分析 (3)2.1管道系统中的应⼒ (3)2.2管道系统应⼒ (5)2.3影响管道系统分析的参数 (6)2.4冷紧 (6)2.5应⼒分析应⽤经验 (6)3.0 需要应⼒分析管道的确定 (7)3.1 GB 50316的规定 (7)3.2 GB/T 20801的规定 (8)3.3 ASME B31.3 的规定 (8)3.4主要的标准规范 (8)3.5碳钢管道的许⽤应⼒ (8)4.0 编辑计算书 (9)5.0 应⼒分析结果校审注意事项 (10)6.0 ⽔压试验和⽓压试验 (12)6.1试验⽅法的选择基础 (12)6.2保压时间 (12)第⼆部分软件介绍 (13)1.0 初始界⾯ (13)2.0 管系输⼊界⾯ (15)3.0 管系输⼊基本内容 (17)4.0 材料 (19)5.0 保温、内衬 (21)6.0 温度压⼒设置 (21)7.0 增加材料库 (22)第三部分⽀架形式模拟 (23)1.0 普通⽀架的模拟 (23)1.1 U型⽀架 (23)1.2 承重⽀架 (23)1.3 导向⽀架 (24)1.4 限位⽀架 (26)1.5 固定⽀架 (26)1.6 吊架 (27)1.7 ⽔平拉杆 (27)1.8 弹簧⽀架模拟 (28)1.9 弹簧安装荷载 (31)2.0 附塔管道⽀架的模拟 (32)3.0 弯头上⽀架 (34)4.0 液压阻尼器 (36)5.0 CAESARII可模拟虾⽶弯，但变径虾⽶弯不能模拟 (37)6.0 承重⽀架沉降模拟 (37)第四部分管道应⼒分析中弯头和三通的特殊性 (38)1.0 弯头的K和SIF值 (38)1.1弯头的SIF (38)1.2弯头的柔性系数K (38)1.3影响弯头SIF和柔性系数K的因素 (38)2.0 带法兰弯头的模拟 (39)3.0 假管⽀架分析 (39)3.1 Caesar中带假管的弯头分析 (39)3.2 弯头假管⽀架的应⼒分析和特殊形式假管⽀架的SIF和柔性计算 (40)4.0 CAESAR中三通模拟 (40)4.1 ⾮标三通 (40)4.2 三通柔性对管道应⼒分析的影响 (40)4.3 三通的详细分析 (41)第五部分管道⽀架的设计与选型 (42)1.0 管道⽀架的作⽤ (42)1.1 操作⼯况和试验⼯况⽀撑管道的重量 (42)1.2 热胀荷载 (42)1.3 承受偶然的地震荷载 (42)1.5 抑制管道振动 (42)1.6 承受偶然的风荷载 (42)1.7 在系统进⾏备⽤设备切换过程中⽀撑 (43)1.8 控制噪⾳ (43)1.9 维修⼯况下⽀撑管道 (43)1.10 关闭情况下提供的⽀撑 (43)1.11 安装状态下提供的⽀撑 (43)2.0 管道⽀架设计导则 (44)2.1 管道跨距 (44)2.2 ⾮保温⽀撑 (44)3.0 ⽀架摩擦⼒在应⼒分析中的应⽤ (45)4.0 弹簧选型 (46)4.1 可变弹簧选型步骤 (46)4.2 恒⼒弹簧选型步骤 (47)4.3 弹簧选型注意步骤 (47)5.0 热态持续应⼒校核 (48)6.0 减振和防冲击⽀架 (49)6.1 减振⽀架 (49)6.2 刚性限位拉杆 (51)6.3 阻尼器 (52)7.0 如何模拟阻尼器 (54)第六部分管件的模拟 (55)1.0 法兰和阀门的模拟 (55)2.0 ⼤⼩头模拟 (56)3.0 安全阀的模拟 (57)4.0 弯头的模拟 (58)5.0 ⽀管连接形式 (59)6.0 膨胀节的模拟 (60)6.1 ⼤拉杆横向型膨胀节 (60)6.2 铰链型膨胀节 (72)7.0 ⼤⼝径管道的模拟 (78)7.1 管道壁厚计算 (78)7.3 管道柔性 (79)7.4 局部应⼒ (79)7.5 ⼤⼝径管道建模 (79)第七部分⾼温⾼压管道分析 (81)1.0 典型特点 (81)2.0 典型管道 (82)3.0 材料选择 (82)4.0 ⾼温蠕变 (82)第⼋部分埋地管道应⼒分析 (88)1.0 长输管道应⼒分析 (88)1.1 地下长直部分 (88)1.2 出⼊⼟站场部分 (89)1.3 压缩机和泵站部分 (89)2.0 埋地管道应⼒分析过程 (90)2.1 系统建模 (90)第九部分夹套管道应⼒分析 (94)1.0 夹套管基本知识 (94)1.1 什么情况使⽤夹套管 (94)1.2 Caesar中输⼊的密度 (94)1.3 夹套管应⼒校核 (94)1.4 焊缝校核的许⽤值 (96)1.5 模型的建⽴ (96)2.0 夹套管基本知识 (97)第⼗部分设备模拟 (101)1.0 塔 (101)1.1 板式塔的模拟 (101)1.2 填料塔的模拟 (102)1.3 除了模拟塔体的温度，还需模拟塔裙座的温度 (105)2.0 ⾼塔管道的应⼒分析 (106)2.1 分析输⼊ (107)2.2 ⾼塔温度纵断图 (107)2.4 和塔连接管道的⽀撑 (109)2.5 管⼝载荷校验 (110)3.0 ⾼塔⽴式再沸器管道的应⼒分析 (111)3.1 应⽤规范和标准 (111)3.2 输⼊要求 (111)3.3 模型温度基准 (112)3.4 再沸器往往通过管道迸⾏模拟 (112)3.5 ⽀撑式布置 (113)4.0 管壳式换热器管道布置及应⼒分析 (116)4.1管程&壳程流体选择的⼀般原则 (116)4.2管壳式换热器的管道布置和⽀撑 (117)4.3管道应⼒分析注意事项 (118)5.0 换热器，再沸器 (119)5.1 换热器模拟也分两种情况 (119)5.2 ⾼塔⽴式再沸器管道应⼒分析 (120)6.0 板式换热器 (126)7.0 空冷器 (127)7.1 空冷器的制造 (128)7.2 空冷器的单元布置 (128)7.3 空冷器使⽤标准 (128)7.4 空冷器管束 (129)7.5 不同类型翅⽚管 (129)7.6 翅⽚材料 (130)7.7 顶盖 (130)7.8 空冷器不同类型的控制 (131)7.9 空冷器的类型 (131)7.10 空冷器的布置 (131)7.11 空冷器管道布置 (132)7.12 空冷器接管的管道应⼒分析 (134)7.13 空冷器管⼝校核 (134)7.14 空冷器进⼝管道和出⼝管道不在同⼀侧 (135)7.15空冷器进⼝管道和出⼝管道在同⼀侧 (137)8.0 泵 (139)8.1 泵的模拟 (140)8.2 分析⼯况的准备 (140)8.3 计算结果的分析 (141)8.4 转动设备的特殊考虑 (141)9.0 压缩机，透平 (141)9.2压缩机管⼝载荷校核 (144)9.3离⼼压缩机分析需要注意的事项 (144)10.0 加热炉管道布置与应⼒分析 (145)10.1加热炉管道系统及其布置 (145)10.2加热炉⼯艺管道分析 (146)10.3管道应⼒分析模型建⽴ (147)第⼗⼀部分校核设备法兰冷对中 (150)第⼗⼆部分管⼝校核 (152)1.0 设备管⼝载荷校验 (152)1.1介绍 (152)1.2静设备的管⼝载荷 (152)1.3转动设备的管⼝载荷 (153)1.4转动设备的管⼝载荷 (154)1.5设备管⼝FEA检查⽅法 (154)2.0 WRC107 (156)3.0 Nema 23 (160)4.0 API617 (162)5.0 API610 (164)6.0 开⼝接管外荷载校核 (167)7.0 CAESARII软件中WRC107和WRC297校核步骤 (168) 7.1 WRC107的使⽤范围 (168)7.2 WRC297的使⽤范围 (168)7.3 WRC107和297的区别 (168)7.4 WRC限制 (169)7.5 使⽤WRC较核时需要的输⼊数据 (169)7.6 使⽤WRC较核时需要的输⼊数据 (169)7.7 FEA107和NozzlePRo软件介绍 (172)8.0 压⼒容器管⼝载荷表注意事项 (174)第⼗三部分法兰泄露分析 (176)1.0 法兰泄露分析的⽅法 (176)2.0 CAESARⅡ当量压⼒法校核法兰泄漏 (177)3.0 CAESAR II中NC3658.3法兰泄漏分析 (179)4.0 CAESAR II中 ASME VIII卷法兰泄漏分析 (182)5.0 垫⽚对法兰泄漏的控制 (185)5.1 垫⽚阻⽌泄漏的⼯作原理 (186)5.2 垫⽚类型 (186)5.3 常⽤垫⽚结构 (187)5.4 垫⽚规范 (188)5.5 垫⽚的选择 (188)5.6 影响响垫⽚性能的参数 (189)第⼗四部分⼯况组合 (191)1.0 地震 (192)2.0 风载 (194)3.0 偶然载荷编辑⼯况 (197)4.0 安全阀起跳⼯况 (197)5.0 沉降 (199)第⼗五部分特殊情况 (200)1.0 ⾮线性不收敛问题 (200)2.0 中间点受⼒ (203)3.0 介质密度 (204)第⼗六部分补偿器模拟 (205)1.0 旋转补偿器 (205)2.0 旋转补偿器建模 (211)第⼗七部分振动 (216)1.0 振动基本知识 (216)1.1系统内部的振动 (216)1.2系统外部的振动 (216)3.0 振动解决⽅案 (219)3.1风载荷引起的管道振动 (219)3.2地震载荷引起的管道振动 (220)3.3两相流管道振动 (220)3.4⽔锤引起的管道振动 (221)3.5喘振引起的管道振动 (221)3.6设备振动引起的管道振动 (222)3.7往复压缩机和往复泵管道的振动 (222)4.0 蒸汽振动解决⽅案 (222)第⼗⼋部分热拱 (225)1.0 热拱现象 (225)第⼗九部分结果分析 (228)1.0 弹簧 (228)2.0 单元应⼒ (229)3.0 约束反⼒ (230)4.0 节点位移 (230)5.0 符号代表 (230)6.0 局部坐标受⼒ (231)第⼆⼗部分转动设备的允许受⼒ (232)1.0 汽轮机和压缩机的受⼒限制 (232)2.0 离⼼泵的受⼒限制 (236)第⼆⼗⼀部分静设备的允许受⼒ (240)1.0 加热炉的允许受⼒ (240)3.0 法兰的允许受⼒ (242)第⼆⼗⼆部分转动设备的柔性设计 (243)1.0 离⼼泵管道的柔性设计 (243)2.0 汽轮机和离⼼压缩机管道的柔性设计 (244)第⼆⼗三部分冷紧和⾃冷紧 (246)1.0 冷紧 (246)2.0 ⾃冷紧 (247)第⼆⼗四部分动态分析 (248)1.0 ⾃振频率分析 (248)2.0 安全阀反⼒计算 (250)3.0谐波分析 (252)4.0响应谱分析 (254)5.0地震 (258)6.0模态分析详解 (259)第⼆⼗五部分应⼒分析基本知识汇总 (271)。

断裂研究中的应力分析基础

递进变形：共轴递进变形各增量应变椭球的主轴始终与球的主轴一致时，称为共轴递进变形
递进变形:非共轴递进变形在非共轴递进变形中，有限应变椭圆主轴随递进变形的发展而变化，这时不能简单地从有限应变椭球体的方向直接判断主应力的方向。
其有限应变椭球的主轴方位随着剪应变量的增加而改变，可用方程式表达：式中θˊ为应变椭圆长轴与剪切方向的交角，γ为剪应变量
十一、递进变形
物体变形最终状态与初始状态对比所发生的变化，称为有限应变或总应变。
在变形的任一阶段，都可把应变状态分解为两部分：一部分是已经发生了的有限应变；另一部分是正在发生的无限小应变或增量应变。
在递进变形过程中，根据各增量应变椭球主轴是否始终与有限应变椭球的主轴一致，分为共轴递进变形和非共轴递进变形。
库伦剪切破裂准则
由图中可知，岩石发生剪裂时，剪裂面与最大主应力σ1的夹角为θ：
由此可见，剪裂角大小取决于岩石变形时内摩擦角的大小。
常温常压下由实验得到的剪裂角
剪裂角 10
15
20
25
30
岩石
花岗岩辉绿岩砂岩
大理岩
35
40-45
页岩
莫尔剪切破裂准则莫尔根据岩石力学实验的结果，对库伦准则提出了修正。他认为材料的内摩擦角不是常数，而是随围压的变化而改变，其破裂线的方程一般表达式为：
➢张裂的位移方向垂直于破裂面，张裂面一般垂直于最小主应力方向。
➢剪裂相对位移平行于破裂面，破裂面与最大主压应力方向的夹角一般小于45°
➢在围压很小的情况下，岩石表现为脆性，以张裂形式破坏，在压缩实验中，以轴向劈裂为特征。除了围压极低的情况以外，剪裂是三轴压缩试验中宏观脆性破坏的主要形式。

构造地质应力分析基础

1
1
3 2
主应力示意图
一些常见的应力状态
• 1、单轴应力状态：一个主应力不等于零，另外两个主应力为零 • 单轴压缩： • σ 1＞ σ 2＝ σ 3 ＝ 0 • 单轴拉伸： • σ1 ＝ σ2 ＝ 0 ＞ σ3
2、双轴应力状态：一个主应力为零，另外两个主应力不等于零双轴压缩： σ1＞σ2 ＞ σ3 ＝0 平面应力状态： σ1 ＞ σ2 ＝0 ＞ σ3
应力轨迹：应力场可用应力轨迹来表示，应力轨迹又称应力迹线、
应力网络，是定性地表示主应力和最大剪应力作用方位的曲线。
3
1
＝2.5MPa
剪应力分布
主应力迹线最大剪应力迹线
附加侧向张力的简单剪切光弹实验获得的应力轨迹图示
应力集中：又称应力扰动，是由于岩块或地块内部的局部不均匀性和不连续性，在岩体内部造成应力场局部变化的现象。
一点的应力状态
为了表述一点处的应力状态，以考察点为中心，截取一个体积趋于零的立方体，该立方体的六个表面上只有正应力而没有剪应
2 3
力作用。此时的三对正应
力称之为该点处的主应力，按照大小分别用1、2和 3表示。
1
1
3 2
主应力示意图
主应力的方向称为该点的应力主方向，三对表面称为该点的三个主平面。
应力
在物体内部某截面（如图中n面）上的某点（如图中m点）处截取一微小面积F，设其上的作用力为 P，则将
P dP lim P F 0 F dF
称为n截面上m点处的应力，也可以称为m点处n截面上的应力。
n
p
m
应力
概念：单位面积上所承受的附加力，公式记为 σ=F/S 。几个相关概念 • 外力：一物体施加于另一个物体的力。 • 内力：同一物体内部各部分之间的相互作用。

构造第三章构造研究中的应力分析基础

zx
zy
z
主应力/主方向/主平面
如果包含物体中某点的单元体的
σ1
三个正交截面上只有正应力的作
用, 而无剪应力的作用，则这六个面上的正应力叫做主应力。分别以σ1、σ2、σ3来表示，并在数值上保持σ1≥σ2≥σ3。主应力的方向称为该点的应力主方向。主应力所作用的截面称为主应力面或主平面。
2 2 的作用，那么，在这个截面上
B
P2
P1 =1cos 轴方向受到双向挤压应力1和2 P = sin
把应力1和2分别转换成平行于坐标轴的作用力P1和P2，则有：
O
P1
α
A
1
应力摩尔圆
垂直于AB截面的作用力为： Pn = P1 cos + P2 sin 因为 AB=1，所以该截面上的正应力为 = Pn / AB = P1 cos + P2 sin = 1cos cos +2sin sin = (1+2) / 2+ (1-2) / 2×cos2
Vision
τ
σ2 σ3 σ3 σ1 σ1 σ3 σ2 σ2 σ1 图中阴影部分内的任一点的横坐标和纵坐标代表了三维空间中某截面上的正应力和剪应力。
σ
几种三维应力状态的摩尔圆
τ
单轴压应力
τ
静水压力
τ
三轴压应力
σ σ1 σ1>σ2=σ3=0 τ
双轴压应力
σ
σ
σ1=σ2=σ3>0 τ
平面应力
σ1>σ2>σ3>0 τ
纯剪应力
σ
σ
σ
σ1>σ2>σ3=0
σ1>σ2=0>σ3