CAESAR-II 管道应力分析简版使用手册
caesarII高温高压管道应力分析有关
CAESARⅡ是把管道看做一个梁单元来结算的，但是对于大管径的管道，D/T＞100的，属于壳单元，应力是有偏差的，此时应该注意如下问题。
高温高压管道应力分析可分为:静态分析和动态分析,目前我们所进行管道分析都为静态分析。
1、管线温度2、管道的长度3、管道的直径4、管道材质（考虑到膨胀系数）5、介质的流速6、管道上的附件数量（如阀门、弯头数量这些都要影响压力降）7、当地气候环境（如风载和温度）8、保温材料的厚度。
9、介质的状态（如液态是否在流动过程中是否要气化）10、介质的种类，是几相流，下面就刚问管线来说明，就上次你问的管道漏分析原因Nui也可以在下面找到；谢谢！高温高压管道系统静力分析需要将诸如计算条件(温度、压力等)、管子材料特性(杨氏弹性模量、线膨胀系数、基本许用应力等)、管子尺寸(直径、壁厚、长度)、空间走向、约束方式等作为基本数据输入计算机。
这些数据沿管道有所变化,在发生变化的地方设立节点。
这样,整个管系就被划分为若干个单元,每个单元由两个节点组成。
CAESAR II采用逐个单元输入的方法,单元的输入以填表的方式完成。
CAESARⅡ软件程序一般按三维考虑即x、Y、z三个方向,程序一般将第一个节点坐标定为(0,0,0)。
CAESARⅡ程序对输入的管道形状均有图形显示功能,如果在输入的数据中有错误,很快就可以发现。
图形显示一般包括下列要项:节点的编号和位置,管道的外径;管道的壁厚,管道的长度;支吊架对管段的约束,支吊架的位置;固定点的位置;保温材料的厚度;管道承受的集中载荷和均布荷载(珠光砂载荷);管道材料的种类;刚性元件等。
首次输入经过错误检查后,管模型分析的第一步是定义静态工况,高温高压管道上可能承受的荷载有:重力荷载,包括保温材料重、管道的自重、介质重等;压力荷载,位移荷载,包括管道热胀冷缩位移、支撑沉降、端点附加位移等;地震荷载;风荷载;瞬变流冲击荷载,如安全阀起跳或阀门的快速启闭时的压力冲击;压力脉动荷载;两相流脉动荷载;机器振动荷载,如回转设备的振动。
CAESARII材料库的使用
CAESARII材料库的使用CAESARII是一款用于执行管道应力分析和设计的软件。
在进行管道应力分析时，材料库的使用是非常重要的。
材料库包含了各种不同类型的管道材料的物理和力学属性，可以帮助分析人员选择合适的材料，并计算管道在不同条件下的应力和应变。
使用CAESARII材料库的第一步是创建自定义材料库。
自定义材料库允许用户添加、修改和删除材料，以适应不同的工程需求。
在自定义材料库中，可以指定材料的名称、密度、弹性模量、泊松比、屈服强度等属性。
这些属性将用于计算管道的应力和应变。
在CAESARII的分析过程中，通过选择适当的材料，并在管道输入窗口中指定管道的材料，就可以将材料库中的属性应用到具体的管道分析中。
根据材料的特性，CAESARII可以计算出管道在不同工况下的应力、应变和变形等参数。
在使用CAESARII材料库时，需要注意以下几点：1.材料的选择：选择合适的材料非常重要。
根据工程需求和管道性质，选择适当的材料可以保证管道的安全性和可靠性。
CAESARII提供了各种不同类型的材料选项，如碳钢、不锈钢、合金钢等。
根据管道的应用环境和要求，在材料库中选择适当的材料。
2.材料属性的填写：在自定义材料库中，需要填写材料的各项属性。
这些属性是管道应力分析的基础。
在填写属性时，需根据材料的实际物理和力学特性进行准确的填写。
这些属性将被用于CAESARII的分析计算，因此需确保其准确性。
3.材料数据库的更新：材料科学和技术不断发展，新的管道材料不断推出。
因此，及时更新材料库是保持CAESARII的工程分析能力的关键。
定期检查和更新材料库，可以增加软件的适用范围和分析能力。
4.材料库的管理：材料库的管理是十分重要的。
应备份和存档材料库的原始数据，以防止意外丢失。
此外，建议定期维护和清理材料库，删除不必要的材料和信息，确保材料库的整洁和准确。
综上所述，CAESARII材料库的使用对管道应力分析和设计非常重要。
管道应力分析软件 CAESARⅡ 快速入门
管道应力分析快速入门讲座主讲人：唐麒目录第一章 管道应力分析的主要内容---------------------------------3第二章 建立模型------------------------------------------------------4第三章 静力计算结果-----------------------------------------------14第一章管道应力分析的主要内容1.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（W+P）；一次应力：是指由于外加荷载，如压力，重力和内压等的作用而产生的应力。
一次应力的特点是：它满足与外加荷载的平衡关系，随外加荷载的增加而增加，且无自限性，当其值超过材料的屈服极限时，管道将产生塑性变形而破坏。
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（T）；二次应力：是由于管道受温度影响变形受到约束而产生的应力，它不直接与外力平衡。
二次应力的特点是具有自限制性，当管道局部屈服和产生小量变形时应力就能降低下来。
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。
总结：我们分析出来要得到的结果重点就是一次应力、二次应力、设备管口的受力和管道支吊架的受力。
2.管道应力分析合格的标准1）管道上各点的一次应力和二次应力值应小于许用应力范围；2）管道对设备管口的推力和力矩应在允许的范围内；3）管道支吊架受力应能满足支吊架本身结构强度和与之生根的土建结构强度；4）管道的最大位移量应能满足管道布置的要求。
CAESAR II 教程之应力分析概述
管道应力分析专业的职责及任务
⑷ 应力分析分为静力分析(含疲劳分析，风载荷及 地震载荷 分析) 和 动力分析。 A. 静力分析包含的内容(何为应力,强度理论) a)一次应力计算及评定---防止管道塑性变形破坏 b)二次应力计算及评定---防止疲劳破坏 c)设备管口受力计算（及评定）---防止作用力太大，保证 设备正常运行 d)支承点受力计算---为支吊架设计提供依据 e)管道上法兰受力计算---防止法兰泄漏 f) 两相流及液击冲击载荷计算---为支吊架和结构设计提供 依据
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
二、管道应力分析专业常用的标准规范
GB50316-2000《工业金属管道设计规范》 GB/T 20801-2006 《压力管道规范》 HG/T20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 SH/T3041-2002《石油化工企业管道柔性设计规范》 GB150《钢制压力容器》 JB/T8130.1-1999 《恒力弹簧支吊架》 JB/T8130.2-1999 《可变弹簧支吊架》 GB 50251-2003 《输气管道工程设计规范》 GB 50253-2003 《输油管道工程设计规范》 ASME/ANSI B31.1 Power Piping ASME/ANSI B31.3 Process Piping
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业的职责及任务
静力分析 ⑷应力分析 （三、四级） 动力分析 ⑸卧式容器固定端确定，立式设备支耳标高确定 ⑹支管补强计算 ⑺动设备许用荷载校核（4级） ⑻夹套管（蒸汽、热油、热水）计算（端部强度计算、内部 导向翼板位置确定、同时包括任何应力分析管道的所有内 容） ⑼往复式压缩机、往复泵动力分析（4级） ⑽安全阀、爆破膜泄放反力计算 ⑾结构、建筑荷载条件
[应用文书]CAESAR使用手册
![[应用文书]CAESAR使用手册](https://img.taocdn.com/s3/m/4bc24ffc90c69ec3d4bb757c.png)
Piping Spreadsheet Data〔管道输入表〕●FROM 当前单元的起始节点号。
节点号为整数，范围1～32000，起始节点号通常都会提到两次。
●TO当前单元的终止节点号。
节点号为整数，范围1～32000。
●DX，DY，DZ 当前单元在立体坐标x,y,z向的投影长度.CAESAR II 接受[混合长度]-[长度]-[分数] 输入格式，例如：应尺-英寸-分数格式，米-分数厘米格式。
另外，幂、分数、指数等简单的格式也是允许的。
下面是数据输入的所有允许格式：x##x.## 标准数据格式##x.##/yyy.yy 分数##x.##x*yyy.yy 乘##x.##-yyy.yy 英尺—英寸##x.##-yyy.yy/zzz.zz 英尺—分数英寸##x.##-yyy.yy-zzz.zz/ ww 英尺—英寸—英寸分数xEyy 幂##x.##Eyy 指数，yy<35另外下列格式也使用：[Valid no.1]＋[Valid no.2]＋……＋[Valid no.N]这里[Valid no.N]可以是上述任何许用格式。
(注:DX为单元沿立体坐标x项的投影长度. DY, DZ亦是如此)Pipe Section Data〔管线数据〕DIAMETER〔直径〕用于确定管线的直径。
通常先输入公称管线标准，CAESAR II自动转换成分析所需的实际外径尺寸。
不需要自动转换时，可以在“UNITS〞文件中关闭“NOMINAL PIPE SCHEDULE〞，或者输入和标准号稍有差别的管外径值。
打开HELP可以查看附加信息和输入数据的单位。
通过配置文件，选择管线规格，就可以得到相应的标准外径。
WT/SCH〔壁厚/管表号〕用于确定管线的壁厚。
标准输入包括管表号指示符〔如S，XS，或40〕，而后CAESAR II 自动转换成相应的壁厚。
若输入实际壁厚，CAESAR II即接受输入值。
通过配置文件，选择管线规格，就可以得到相应的管表号指示符。
用CAESARⅡ做直接空冷主管道整体应力分析
用CAESARⅡ做直接空冷主管道整体应力分析摘要：用CAESARⅡ对直接空冷主管道进行整体应力分析，提出各种荷载工况组合，详细阐述CAESARⅡ对直接空冷主管道计算、分析、结果评判的流程，。
关键词：主管道排汽管道直接空冷应力分析空冷电站中采用最广泛的冷却形式是直接空冷，而主管道（也称排汽管道）是直接空冷系统中较为重要的部件，它是从低压缸排汽出口至空冷凝汽器蒸汽分配管入口的管道。
主管道的设计是否合理，其刚度、强度、稳定性是否满足设计和使用要求，直接关系到电厂的运行的可靠性和安全性。
目前，国内有100MW 空冷机组、300MW空冷机组、600MW空冷机组在运行，甚至有1000MW空冷机组在设计、制造，相应的主管道直径有2m，3m，6m，8m等等，而且管道的走向也错综复杂。
这样，就必须对管道做整体应力分析，而目前国内外普遍采用的分析软件是CAESARⅡ。
1、利用CAESARⅡ做整体应力分析的目的和意义直接空冷主管道与其他热力管道不同，它不仅直径大、壁厚薄，而且是真空状态下运行。
采用CAESARⅡ可以很好地解决这个问题。
通过利用CAESAR Ⅱ计算、分析，可以解决波纹补偿器及减振器的选择和受力分析问题，也可以解决与主管道连接的设备接口受力及力矩问题，还可以解决支吊架（包括弹簧类）的荷载和位移问题，从而为设备和材料的控制提供了依据，有利于在保证主管道安全的前提下降低生产制造成本。
2、分析前的准备工作(1)明确主管道的概念，确定计算分析范围：主管道是指从汽轮机低压缸排汽出口（国内绝大部分是汽轮机低压缸排汽装置出口，也有少量的是汽轮机低压缸出来不设置排汽装置，直接给一方法兰出口，需要主管道设计者自己设计一个方圆过渡段，由于后者所占比例不大p3.1 材料及材料特性管道采用Q235B碳钢制造。
这种材料的性能参数如下：弹性模量：E = 208000 N/mm2泊松比：μ=0.3材料密度：р=7850 Kg/m3膨胀系数：α=1.142×10-51/℃屈服强度：σs = 235 MPa抗拉强度：σb = 375MPa3.2 确定管径、壁厚和加强圈的尺寸根据汽轮机排汽参数，可以确定管径，本文的主管径是DN5800，支管径是DN2600。
CAESARII 管道应力分析 理论
•
规范要求的载荷工况
• • • • 膨胀工况说明 However, these element forces are also pseudo forces, i.e the difference in forces between two positions of the pipe. Similarly, the stresses computed are not real stresses, but stress differences. This is exactly what the code wants, the stress difference, which was computed from a displacement range. As to whether or not this stress difference is the extreme, well that depends on the job.
• (2) = W + P1 (SUS) • (3) = DS1 - DS2 (EXP)
基本应力理论 & CAESAR II 的实施
规范要求的载荷工况
膨胀工况说明 • What does “DS1 - DS2 (EXP)” mean? • Is a load case with “T1 (EXP) the same thing?
基本应力理论 & CAESAR II 的实施
规范要求的载荷工况
• • • 膨胀工况说明 Consider the question again; "Is DS1-DS2 the same as a load case with just T1?". The answer to this is maybe. If you have a linear system (from a boundary condition point of view), then the answer is yes. You will get exactly the same results. However, if the system is non-linear (i.e. you have +Ys, or gaps, or friction), then the answer is no. You will get different results - how different depends on the job. The reason for this can be found by examining the equation [K] {x} = {f} for the two different methods.
CAESAR_II简易操作手册
（2）选择主菜单Input中的Piping，Piping-Input表格式输入菜单—Spreadsheet形式如4—1所示。
图4—1Piping Input Spreadsheet
注意：在选择Input之前应留意主菜单上的Current jobname是否是所要编辑的文件，执行jobname选择项可更换当前文件。
CAESARII-管道应力分析软件
（系列培训教材）
CAESARII管道应力分析软件简易操作手册
北京市艾思弗计算机软件技术有限责任公司
2003年1月15日
第一章程序功能及性能简介…………………………………1
第二章程序安装………………………………………………2
第三章调用程序………………………………………………6
其中栏内提示符含义：
From
当前单元起始节点
To
当前单元终止节点
DX
当前单元在X方向上的投影
DY
当前单元在Y方向上的投影
DZ
当前单元在Z方向上的投影
Offsets
当前单元是否有偏差值，有则双击，然后输入有关数据
Diameter
当前单元管子直径
Wt/Sch
当前单元管子壁厚
Corrosion
当前单元管子腐蚀裕量
图3—2New Job Name Specification
注意：选择File菜单中的Open（或都单击Open图标）表明用户用一个对话框来选择已存在的文件。经常使用的文件也可以从File菜单中的“Most Recently Used”中选择。选择一个文件名并不能打开该文件，它仅表示可以对该文件进行输入，分析，结果评价或进行其它的操作，但是用户仍需从菜单中选择这些操作。
【CAESAR II培训】1-caesarii 基本操作
管道信息输入界 面
模型显示区
Input Basics
14
二.模型的建立:管道信息输入界面
节点定义
管长定义
管径、壁 厚、腐蚀 余量、保
温厚度
温度
压力
管件定义 约束
附加荷载
材料性能
介质性能
信息显示区
Input Basics
15
二.模型的建立:节点与“数据继承”
• 输入的数据自动继承到下 一个节点（如果适用）。
一．建模前的准备 二．模型的建立 三．错误检查 四．工况编辑 五．计算结果分析
Input Basics
3
一.建模前的准备
（一）搜集资料
1. 管道工艺数据（温度、压力、介质、保温等） 2. 管道走向（平面图、轴测图） 3. 设备图（静设备、动设备） 4. 设备布置图（设备定位、结构框架、平台） 5. 管道运行条件（是否有开备、吹扫、除焦等） 6. 工程所在处的设计基础条件（环境温度、风、地震、雪
<Ctrl>Home
Input Basics
26
二.模型的建立:数据删除
•
删除当前的节点单元及数据. • 删除键
清除当前（高亮）单元。使用此键来清除特定领域的错误的 数据，而不是整个输入框。
Input Ba误检查程序。
若发现致命错误项，如管道系统不闭合、腐蚀余量 大于壁厚等，程序将提示致命错误说明，并终止生 成分析数据文件，须返回Input模块修改。
Input Basics
32
四.工况编辑：工况编辑器
重新生成推 荐工况
引用其它 模型的工
况
设置循环次 数
Input Basics
33
四.工况编辑：建立并使用工况
CAESARII管道应力分析简版使用手册
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CAESARII-管道应力分析简版使用手册
第三章 建立模型
1总 述
管道系统静力分析需要将诸如计算条件（温度、压力等）、管子材料特性（杨氏弹性 模量、线膨胀系数、基本许用应力等）、管子尺寸（直径、壁厚、长度）空间走向、约束 方式等作为基本数据输入。这些数据沿管道有所变化，在发生变化的地方设立节点，这 样，整个管系被划分成许多单元，每个单元由两个节点组成。CAESARII 4.0 采用逐个单 元输入的方法，单元的输入以填表的方式完成，该表格在程序中称为 Spreadsheet，一个 单元对应一页 Spreadsheet。调出 Spreadsheet 的具体操作步骤是：
图 3—1CAESARII Main Menr
注：双击 CAESARII 快捷键（但必须注意此快捷键是 CAESARII 目录下的 C2.exe 文 件），也可启动 CAESARII 软件。
新文件 管道模型 结构模型 动态分析 配置 加密锁
打开文件 埋地管 静态分析 静态结果 材料 帮助
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北京市艾思弗计算机软件技术有限公司
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CAESARII-管道应力分析简版使用手册
程序功能及性能简介
从静力学角度而言，CAESARII 具备如下计算功能： 涉及所有静力荷载，如管道自重、内外压力、温度、附加位移、预拉伸（冷紧）、 沉陷、集中荷载。 分类计算荷载，结果可以相互叠加。 可根据 WRC297 计算设备嘴子的刚度。 准确模拟各种形式的波纹膨胀节。 提供多种设计规范，如：ANSI B31.1、ANSI B31.3 可根据 WRC107 计算设备嘴子应力条件。 可验算设备嘴子受力条件。 可计算风荷载、地震荷载。 钢结构可与管道系统混合计算。
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CAESARII-管道应力分析简版使用手册
其中栏内提示符含义：
From To DX DY DZ Offsets Diame Temp2 Temp3 Pressure1 Pressure2 Bend Rigid Expansion Joint
CAESARII 软件还具备相当优良的使用性能，突出表现在输入输出方面。工具条菜单 输入采用全屏幕填表方式，辅以求助信息、编辑命令和图形显示，使用户感到十分方便。 输出方面也很具特点，融入许多编辑命令，诸如翻页、查找、打印等，图形显示直观明 了。CAESARII 软件具备这样的性能就使得用户无需掌握太多 DOS 命令，也不必死记程 序操作步骤和数据输入格式。该程序在解题能力方面没有严格限制，只须保证有足够的 外存容量。
2 单击<开始>—<设置>—<控制面板>。从控制面板中选择<添加/删除程序>，出现添 加/删除程序对话框，然后点击<安装>，开始安装程序。接着提示用户选择目录一安装 CAESARII，也可通过选择<Browse>来改变安装目录。
3 单击<下一步>，用户选择安装类型。缺省的选项为“安全安装”建议多数用户使用 这个选项。
1.4 管内流体密度
输入此值是为了计入流体的质量。当存在气液两相流体时，应输入平均密度。在 Spreadsheet 的 Fluid Density 处输入。
1.5 腐蚀裕量
CAESARII 认为腐蚀量降低管道承受持续荷载的能力，而并不啬管道柔性。此值在 Spreadsheet 的 Corrosion 处输入。
1.6 保温层
对保温层，输入厚度和质量密度，在 Spreadsheet 的 Insul 和 Insulation 处输入。
应力计算程序CAESAR II 使用手册教材
弹性模量 (室温) 泊松比 管子密度
12
保温 & 流体密度
保温
– 如果用户定义了保温层厚度而保温层密度不输， CAESAR II将使用硅酸钙密度 (0.00665 lbf./cu.in.) 来计算保温重量。 – 如果用户输入一个负的保温层厚度，则可用来模拟 衬里。程序在计算体积时，使用管子内表面的厚度 而不是外表面的厚度。
如果 重量 = 0
总重 = 0，不考虑定义的流
体&保温。
16
异径管
在中点处设置节点并跳 到下一个直径。 -或-
在异径管长度上作用平 均管特性。
17
关联节点——Cnodes
18
关联节点
这两个模型在结构上是 相同的。 右边的模型在节点55固 支，并与56节点相连。 55 - 56没有单元。 现在，固支将显示节点 55作用在56的“内”载 荷。
4
删除数据表 & 数据
<Ctrl>D or 删除当前的数据表/单元 Delete 键 删除当前（高亮）框。该键用来删除特殊输入 区的错误数据而不是删除整个数据表。 双击复选框 删除辅助项以及有关的信息。在复选框中双击 或对高亮的复选框按空格键将切换输入。
5
管子长度 - DX, DY & DZ
CAESAR II
输入基本操作 & 重新设计
管系输入数据表
菜单
图标
辅助/状态区 主输入区
2
自动带给后一个单元的数据
在适当的地方，输入的数 据自动带给下一个单元。Biblioteka 延后的各项用红颜色高亮 显示。
PDSOFT使用手册《CaesarII应力计算接口》
2)
3)
4)
3．
用户在此选择所要采用的CAESARII软件版本，包括：
1)
2)
3)
4．
缺省设置为：[继续]
1)
2)
3)
4)
选择[继续]，将出现后续的对话框——控制参数设置之二（图3-1）。
第3章
图3-1控制参数设置对话框（续）
图31
1．
对话框中的默认值为相应与PIPING模型中的单位制类型（公制/英制）。
#$ ALLOWBLS.
1. cold allowable stress
2. hot allowable for thermal case #1
3. hot allowable for thermal case #2
4. hot allowable for thermal case #3
5. code cyclic reduction factor for termal case #1
FOR[110] 2*55
用户根据实际输入
#$ UNIFORM.
UNI[9]
用户根据实际输入
#$ WIND.
1. entry type
用户根据实际输入
2. wind shape factor or wave drag coefficient
3. wave added mass coefficient
1)
2)
3)
4)
2．
此组中的选项将直接影响接口设计结果的准确性，对熟练的高级管道设计工程师有用。缺省设置见对话框。
1)
2)
3)
3．
用户将对接口生成的一些附加产品进行控制，缺省设置见对话框。
CaesarII应力分析模型设计解读
6 Extruded挤压成型的焊接三通
6.0 膨胀节的模拟
膨胀节模拟有简单模拟和复杂模拟两种，简单模拟请参考CAESARii自带的手册
这里介绍两种常用的膨胀节的复杂模拟法
6
大拉杆横向型膨胀节可以按膨胀单元拆分建模（复杂模型），下图所示，节点20和节点110之间是大拉杆按内外侧均有螺母，膨胀节参数如下：横向刚度：311N/mm，扭转刚度：451279N.m/，波纹管有效直径：775mm，膨胀节重量：851Kg。每个波纹管参数：轴向刚度：783N/mm，横向刚度：12286N/mm，扭转刚度：902557N.m/，波纹管有效直径：775mm。
Avalable Space(neg for can)
若该点由弹簧支撑，可以输入一个负的距离，该距离为支称点与弹簧底板之间的距离
Allowable load Variation(%):
为弹簧的荷载变化率＝（热态载荷－冷态载荷）/热态载荷的绝值乘以100％，
一般弹簧的荷载变化率控制在25％内，但是在一些敏感设备附近，如压缩机，透平管口附近，弹簧的荷载变化率需控制在10％内，这时用户需在此选项中输入10
Rigid Support Displacement Criteria:
在应力计算中，有时软件自选的弹簧热位移很小，例如1mm左右，在不是敏感设备附近，工程上常用刚性支架来代替弹簧支架，用户可以人为输入刚性支架代替弹簧支架热位移标准，如输入1mm，则若软件算出弹簧的热位移小于1mm，软件就自动将该弹簧代替为刚性支架
3.0
板式换热器本体温度按(T1+T2+T3+T4)/4模拟，壳体底部中心作为固定点，用刚性件模拟管口到固定点的相对距离，温度按平均温度模拟。2040为板式换热器支座，E211AH3为管口，T1,T2,T3,T4分别为冷侧与热侧进出口温度。
CAESARII_管道应力分析_理论
绪论
3D 梁单元的特征
• 无限薄的杆。
• 描述的所有行为都是根 据端点的位移。 • 弯曲是粱单元的主要行 为。
基本应力理论 & CAESAR II 的实施
规范要求的载荷工况
• 膨胀工况说明 Putting everything back together, we are told to compute stresses from the extreme displacement range. How can we do this? Consider the equation being solved; [K] {x} = {f}. In this equation, we know [K] and {f}, and we are solving for {x}, the displacement vector. In CAESAR II, when we setup an expansion case, we define it as "DS1 - DS2", where the "1" and "2" refer to the displacement vector ({x}) of load cases 1 and 2 respectively.
基本应力理论 & CAESAR II 的实施
•
• •
•
•
规范要求的载荷工况
• 规范要求使用两个主要失效方式的失效理论。 • 一次失效。
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图 4—1Piping Input Spreadsheet 注意：在选择 Input 之前应留意主菜单上的 Current jobname 是否是所要编辑的文件，执行 jobname 选择项可更换当前文件。
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CAESARII-管道应力分析简版使用手册
其中栏内提示符含义：
From To DX DY DZ Offsets Diameter Wt/Sch Corrosion Insul Thk Temp 1 Temp2 Temp3 Pressure1 Pressure2 Bend Rigid Expansion Joint
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CAESARII-管道应力分析简版使用手册
程序功能及性能简介
从静力学角度而言，CAESARII 具备如下计算功能： 涉及所有静力荷载，如管道自重、内外压力、温度、附加位移、预拉伸（冷紧）、 沉陷、集中荷载。 分类计算荷载，结果可以相互叠加。 可根据 WRC297 计算设备嘴子的刚度。 准确模拟各种形式的波纹膨胀节。 提供多种设计规范，如：ANSI B31.1、ANSI B31.3 可根据 WRC107 计算设备嘴子应力条件。 可验算设备嘴子受力条件。 可计算风荷载、地震荷载。 钢结构可与管道系统混合计算。
2 单击<开始>—<设置>—<控制面板>。从控制面板中选择<添加/删除程序>，出现添 加/删除程序对话框，然后点击<安装>，开始安装程序。接着提示用户选择目录一安装 CAESARII，也可通过选择<Browse>来改变安装目录。
3 单击<下一步>，用户选择安装类型。缺省的选项为“安全安装”建议多数用户使用 这个选项。
奥氏体不锈钢 纯铬钢
8-TYPE 310 STAINLESS STEEL
310 型不锈钢
选用某种材料时，在 Spreadsheet 的 Material 处输入序号，杨氏弹性模量、泊松比、 线膨胀系数、质量密度随之相应确定。 在 Spreadsheet 的 Allowable Stress 处双击出现基本许用应力输入栏如图 4—2 所示。
按 Page Up 和 PageDown 键可上翻或下翻动 Spreadsheet
1.1 安装温度
程序中安装温度的缺省值是 21℃。此值可以修改，具体操作方法是： 1.在 Spreadsheet 下，点击 Kaux 菜单下的 Special Execution Parameters，调出 Special Execution Parameters 子菜单。 2.移动光标至 Ambient Temperature 处，键入新安装温度。
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第三章 建立模型
1总 述
管道系统静力分析需要将诸如计算条件（温度、压力等）、管子材料特性（杨氏弹性 模量、线膨胀系数、基本许用应力等）、管子尺寸（直径、壁厚、长度）空间走向、约束 方式等作为基本数据输入。这些数据沿管道有所变化，在发生变化的地方设立节点，这 样，整个管系被划分成许多单元，每个单元由两个节点组成。CAESARII 4.0 采用逐个单 元输入的方法，单元的输入以填表的方式完成，该表格在程序中称为 Spreadsheet，一个 单元对应一页 Spreadsheet。调出 Spreadsheet 的具体操作步骤是：
CAESARII 软件还具备相当优良的使用性能，突出表现在输入输出方面。工具条菜单 输入采用全屏幕填表方式，辅以求助信息、编辑命令和图形显示，使用户感到十分方便。 输出方面也很具特点，融入许多编辑命令，诸如翻页、查找、打印等，图形显示直观明 了。CAESARII 软件具备这样的性能就使得用户无需掌握太多 DOS 命令，也不必死记程 序操作步骤和数据输入格式。该程序在解题能力方面没有严格限制，只须保证有足够的 外存容量。
当前单元起始节点 当前单元终止节点 当前单元在X方向上的投影 当前单元在Y方向上的投影 当前单元在Z方向上的投影 当前单元是否有偏差值，有则双击，然后输入有关数据 当前单元管子直径 当前单元管子壁厚 当前单元管子腐蚀裕量 当前单元保温层厚度 当前单元第一个计算温度 当前单元第二个计算温度 当前单元第三个计算温度 当前单元第一个计算压力 当前单元第二个计算压力 当前单元终止节点是否有弯管，有则双击，然后在现弯管定义栏 当前单元是否是刚性元件，是则双击，然后出现刚性元件定义栏 当前单元是否是波纹膨胀节，是则双击，然后出现波纹膨胀节定义栏 当前单元终止节点是否有应力增强件或三通，有则双击，然后出现 应力增强件或三通定义栏 是否有约束，有则双击，然后出现约束定义栏 是否有位移荷载，有则双击，然后出现位移荷载定义栏 是否有弹簧支吊架，有则双击，然后出现弹簧支吊架定义栏 是否有管嘴，有则双击，然后出现管嘴定义栏 是否有集中荷载，有则双击，然后出现集中荷载定义栏 是否有分布荷载，有则双击，然后出现分布荷载定义栏 是否有风荷载，有则双击，然后出现风荷载定义栏 当前单元材料序号 是否输入当前单元基本许用应力，是则双击，然后出现许用应力定义栏 当前单元杨氏弹性模量 当前单元泊松比 当前单元管子质量密度 当前单元管内流体质量密度 当前单元隔温层质量密度
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第一章 程序安装
安装程序需要 Microsoft Win98，Win2000 或以上的操作环境。具体安装步骤如下： 1 把装有 CAESARII 软件的 CD 盘放入 CD-ROM 驱动器中，安装程序将自动开始。
如果这样的话，用户可跳过第 2 步。如果安装程序不能自动开始，用户应该手动完成以 下的步骤。
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用户可以从菜单中选择文件 File），输入数据 Input），分析类型 结果 Output）等菜单。
Analysis），输出
所有的 CAESARII 分析都要求输入一个文件名，以便数据的输入，模型的分析和对所
定义的文件的输出绍果进行分析。
文件名用 File 菜单来定义，具体操作方法如下：
4 单击<下一步>，用户选择语言类型。 5 单击<下一步>，用户选择定义程序快捷方式的文件夹。 6 单击<下一步>，用户定义所使用的 ESL 颜色。 7 单击<下一步>，CAESARII 安装开始。 一旦安装完成后，CAESARII 将进行 CRC 检查，以证实所有的文件已经正确释放安装。
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1.4 管内流体密度
输入此值是为了计入流体的质量。当存在气液两相流体时，应输入平均密度。在 Spreadsheet 的 Fluid Density 处输入。
1.5 腐蚀裕量
CAESARII 认为腐蚀量降低管道承受持续荷载的能力，而并不啬管道柔性。此值在 Spreadsheet 的 Corrosion 处输入。
1-LOW CARBON STEEL
低碳钢
2-HIGH CARBON STEEL
高碳钢
3-C
4-LOW CHROME MOLY STEEL
低铬钼钢
5-MED CHROME MOLY STEEL
中铬钼钢
6-AUSTENITIC STAINLESS STEEL 7-STRAIGHT CHROMIUM STEEL
CAESARII 软件的配置要求： Intel Pentium Processor Mincrosoft Windows 95，98，NT4.0 或更高）操作系统 32MB 内存（推荐） 76MB 硬盘空间 CD-ROM 驱动器
注：CAESARII 软件要求 800 X 600 分辨率（使用小字体）或 1024 X 768 分辨率（使用 大字体）。
1.6 保温层
对保温层，输入厚度和质量密度，在 Spreadsheet 的 Insul 和 Insulation 处输入。
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1.7 管材特性
管材特性包括杨氏弹性模量，泊松比，线膨胀系数，质量密度以及基本许用应力。
CAESARII 有多种材料的数据库，常用的八种材料是：
目录
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目录
第一章 程序功能及性能简介…………………………………1 第二章 程序安装………………………………………………2 第三章 调用程序………………………………………………6 第四章 建立模型………………………………………………8 第五章 静力计算………………………………………………22 第六章 静力计算结果…………………………………………30
文件加密 批运算 插入单元 整体坐标 节点增量 显示输入列表
运算 删除单元 搜索节点 结束循环 显示距离
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膨胀节库 弹簧设计标准 弯管 SIF 包括管文件 画图 继续
阀门法兰库 标题 分支 SIF 特殊选项 包括结构文件 上一个
用户开始一个新的分析时，选择 File 菜单中的 New（或者单击 New 图标），输入一个
文件名和文件名所在的路径如图 3—2 所示。为了快速进入程序，用户应该输入文件名，
然后选择 Piping Input
图 3—2New Job Name Specification
注意：选择 File 菜单中的 Open（或都单击 Open 图标）表明用户用一个对话框来选择 已存在的文件。经常使用的文件也可以从 File 菜单中的“Most Recently Used”中选择。 选择一个文件名并不能打开该文件，它仅表示可以对该文件进行输入，分析，结果评价 或进行其它的操作，但是用户仍需从菜单中选择这些操作。