CAESAR II 教程之应力分析概述
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管道应力分析培训(ppt 66页)
3-D 应力评定
• A loaded, 3-D pipe contains a representative infinitesimal stress cube
• add graphic (Fig 1-13) • This stress cube is in equilibrium and can be rotated in
CAESAR II 管道应力分析培训
2019/8/9
王大辉 北京艾思弗软件公司
Basic Stress Theory &
2019/8/9
Basic Stress Theory &
介绍
• 培训的目的在于让您了解和掌握 – 应力分析的基础概念 – 模型和边界条件的建立 – 结果的分析和评判
2019/8/9
Basic Stress Theory &
轴向应力
• 沿管道轴向Along axis of pipe • 轴向力引起Axial Force
– 轴向力/面积 (F/A)
• 内压引起Pressure
– Pd / 4t ຫໍສະໝຸດ r P*di / ( do2 - di2 )
• 弯矩引起Bending Moment
very important, its just not part of the “code stress” • 环向应力用来确定壁厚：依据直径、许用应力、腐蚀
裕量、加工偏差、压力确定管道壁厚。
2019/8/9
Basic Stress Theory &
压力引发的径向应力
• 沿半径方向向内 • 内壁的径向应力大小是： -P • 外壁的径向应力大小为 0 • 最大弯曲应力发生在管道的外表面，故该项忽略
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
CAESARII 应力分析基础理论讲义
1管道应力分析基础理论管道应力分析主要包括三方面内容：正确建立模型、真实地描述边界条件、正确地分析计算结果。
所谓建立模型就是将所分析管系的力学模型按一定形式离散化，简化为程序所要求的数学模型，模型的真实与否是做好应力分析的前提条件。
应力分析的根本问题就是边界条件问题，而体现在工程问题上就是约束（支架）、管口等具体问题的模拟，真实地描述这些边界条件，才能得到正确的计算结果。
要想能够熟练而正确地分析结果，首先会正确设计支吊架，有一定的相关理论知识如工程力学，流体力学，化工设备及机械等，另外需在一定时间内不断摸索，总结出规律性的问题。
第一章管道应力分析有关内容§1.1 管道应力分析的目的进行管道应力分析的问题很多CAESARII 解决的问题主要有：1、使管道各处的应力水平在规范允许的范围内。
2、使与设备相连的管口载荷符合制造商或公认的标准（如NEMASM23，API610 API617等标准）规定的受力条件。
3、使与管道相连的容器处局部应力保持在ASME 第八部分许用应力范围内。
4、计算出各约束处所受的载荷。
5、确定各种工况下管道的位移。
6、解决管道动力学问题，如机械振动、水锤、地震、减压阀泄放等。
7、帮助配管设计人员对管系进行优化设计。
§1.2 管道所受应力分类1.2.1 基本应力定义轴向应力Axial stress轴向应力是由作用于管道轴向力引起的平行管子轴线的正应力，：S L ＝F AX /A m其中S L ＝轴向应力MPaF AX ＝横截面上的内力NA m ＝管壁横截面积mm 2=πdo 2-di 2)/4管道设计压力引起的轴向应力为S L ＝Pdo/4t轴向力和设计压力在截面引起的应力是均布的，故此应力限制在许用应力[σ]t 范围内。
弯曲应力bending stress由法向量垂直于管道轴线的力矩产生的轴向正应力。
S L =M b c/I其中：M b =作用在管道截面上的弯矩N.mC －从管道截面中性轴到所在点的距离mmI －管道横截面的惯性矩mm 4=π(d o 4－d l 4/64当C 达到最大值时，弯曲应力最大S max =M b R 0/I= M b /Z弯曲应力在断面上是线性分布的,截面最外端应力达到最大时，其它地方仍处于弹性状态，故应力限制在1.5[σ]之内。
CAESARII_管道应力分析_培训解读
CAESARII软件培训资料北京艾思弗计算机软件公司2002年4月12日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——防止法兰泄露。
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。
2010年11月CAESARII高级培训讲义-_应力分析理论(精)
Pipe Stress Analysis Using CAESAR II Pi St A l i U i CAESAR IIAECsoft综述z应力分析的目的z应力分类z失效理论z应力增大系数介绍z规范应力公式归纳综述Course Objectives培训课程目标Course Objectivesz掌握管道柔性设计方法和应力分析基础理论z正确建立分析模型z正确理解结果阐述与解释z高效地改造管道系统z熟悉CAESAR II的操作与实际应用其a其它……?为什么要做管道应力分析?z为了保持管道应力在规范许用应力范围以内。
z为了使持设备管口载荷在许用值以内或符合制造商或公认的标准。
(如,等等NEMASM23 ,API610 , API617 。
z为了使与管道相连接的容器应力保持在ASME 第八部分容器设计规范的许用范围内的许用范围内。
z计算出各种支撑及约束的设计载荷,为支架设计提供载荷依据。
z查看管道位移进行碰撞检查解决管道动力学问题例如它们是机械振动声频振动流体锤脉z解决管道动力学问题。
例如它们是:机械振动,声频振动,流体锤,脉动,瞬间流动,安全阀的泄放。
z优化管道设计应力分析前期所需准备的资料z系统信息: 应力轴侧图--应力分析轴测图是一简图,画着与应力轴相同的系统,它给观察者个明显的管系三维印象。
进行管道应力分析需获得的系统它给观察者一个明显的管系三维印象进行管道应力分析需获得的设计数据包括管子的材料及尺寸,操作参数,如:温度、压力、流量等:规范的应力许用值及载荷参数,包括:保温、重量,外部设备的运动及风和地震的影响。
z设计规则:选择准确的管道设计规范如何准确理解应力/规则?z规范应力--计算出的应力并不是真正的应力(无法用应变测量仪实测出来。
而是相对于“规范”的应力“规范”应力的计算是基于特定的方程式,这些方程式是经过长时间的权衡和简化而得来的z便于叠加或分离载荷。
z代表一个范围,没有绝对值。
z载荷形式—独立处理并独立分析z应用SIF放大局部变化(弯头、三通z规范委员会的传统和惯例如何正确评定管道应力?3D梁单元特征z弯曲主导变形对大多数分析来说是高z效的。
CAESAR-II 管道应力分析简版使用手册
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。
北京市艾思弗计算机软件技术有限责任公司
6
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
北京市艾思弗计算机软件技术有限公司
1
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。
2010年11月CAESARII高级培训讲义- 应力分析理论及规范应力
Pipe Stress Analysis Using CAESAR IIPi St A l i U i CAESAR IIAECsoft综述z应力分析的目的z应力分类z失效理论z应力增大系数介绍z规范应力公式归纳综述Course Objectives培训课程目标Course Objectivesz掌握管道柔性设计方法和应力分析基础理论z正确建立分析模型z正确理解结果阐述与解释z高效地改造管道系统z熟悉CAESAR II的操作与实际应用其a其它……?为什么要做管道应力分析？z为了保持管道应力在规范许用应力范围以内。
z为了使持设备管口载荷在许用值以内或符合制造商或公认的标准。
(如,等等)NEMASM23 ，API610 , API617 。
z为了使与管道相连接的容器应力保持在ASME 第八部分容器设计规范的许用范围内的许用范围内。
z计算出各种支撑及约束的设计载荷，为支架设计提供载荷依据。
z查看管道位移进行碰撞检查解决管道动力学问题例如它们是机械振动声频振动流体锤脉z解决管道动力学问题。
例如它们是:机械振动，声频振动，流体锤，脉动，瞬间流动，安全阀的泄放。
z优化管道设计应力分析前期所需准备的资料z系统信息: 应力轴侧图--应力分析轴测图是一简图，画着与应力轴相同的系统，它给观察者个明显的管系三维印象。
进行管道应力分析需获得的系统它给观察者一个明显的管系三维印象进行管道应力分析需获得的设计数据包括管子的材料及尺寸，操作参数，如:温度、压力、流量等:规范的应力许用值及载荷参数，包括:保温、重量，外部设备的运动及风和地震的影响。
z设计规则：选择准确的管道设计规范如何准确理解应力/规则？z规范应力--计算出的应力并不是真正的应力(无法用应变测量仪实测出来)。
而是相对于“规范”的应力“规范”应力的计算是基于特定的方程式，这些方程式是经过长时间的权衡和简化而得来的z便于叠加或分离载荷。
z代表一个范围，没有绝对值。
CAESARII管道应力分析简版使用手册
北京市艾思弗计算机软件技术有限责任公司
5
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
北京市艾思弗计算机软件技术有限责任公司
北京市艾思弗计算机软件技术有限公司
1
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。
CAESAR II管道应力分析理论解析
2018/10/15
载荷种类 Load Type
持续性荷载Deadweight loads
热胀荷载Thermal loads
活荷载Live loads
AECsoft
2018/10/15
持续性荷载Deadweight loads
持续性荷载最大的特征是伴随结构的变形而不 消失。重量、压力等持续性荷载均为此类。垮 塌性荷载需要满足静力平衡条件，一旦平衡打 破，材料发生不可逆转的屈服变形，最终导致 垮塌性失效。其危害最为严重。
材料的拉伸实验
我们对某种材料进行机械拉伸实验，如图所示。然 后我们可以得到这种材料的应力与应变关系即应力应变曲线。
AECsoft
2018/10/15
材料特性
从拉伸实验得到的材料特性曲线中，我们能够获取 一种材料的弹性模量、屈服极限和拉伸极限，但是 需要注意的是，这些极限数值是随温度的变化而变 化的。
AECsoft
2018/10/15
失效界限的考虑
如果失效发生在屈服阶 段，那么极值应力可以 通过屈服载荷计算： Sy=Py/a
于是最大剪应力为： Tmax≤Sy/2
AECsoft
2018/10/15
应力的失效
如果某个单元上我们所关注的应力（主应力、最大 剪应力、）超出了理论极限值，我们认为这个位置 将发生屈服失效
AECsoft
2018/10/15
载荷的转化
应力乘以单位面积=载荷 静态下，任意截面上均应保持静力平衡； 任意截面上均存在法向应力及切向应力，我们将法 向应力称为正应力，将切向应力称为剪应力；
AECsoft
2018/10/15
Caesar Ⅱ 管道应力分析软件功能
Caesar Ⅱ 管道应力分析软件功能摘要：管道应力分析是压力管道设计的重要内容，它直接关系管道自身和与其连接的机器，设备，土建结构的安全。
管道设计的基本过程是根据管道和仪表流程图，简称P&ID 的要求，利用管道将各个设备连接起来。
管道设计过程中，在满足P&ID要求的同时，还应使管道的设计既经济合理有安全，管道应力分析是实现这一目标的手段和方法。
关键词：应力分析；管道设计；安全1．管道应力分析的内容压力、重力、风、地震、应力脉动、冲击等外力荷载和热膨胀的存在，是管道产生应力问题的主要原因。
其中，热膨胀问题是管道应力分析所要解决的最常见和最主要的问题。
一般来讲，管道应力分析可以分为静力分析和动力分析两部分。
静力分析是指在静力荷载作用下对管道进行力学分析，并进行相应的安全评定，使之满足标准规范的要求。
动力分析则主要是指往复压缩机和往复泵管道的振动分析、管道的地震分析、水锤和冲击荷载作用下的管道的振动分析，其目的是使地震和振动的影响得到有效的控制。
1）管道静力分析压力荷载和持续荷载作用下的管道一次应力的计算――防止塑性变形破坏；管道热胀冷缩以及端点附加位移荷载作用下的管道二次应力的计算――防止疲劳破坏；管道对机器、设备作用力的计算――防止作用力太大，保证机器、设备正常运行；管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据；管道上法兰的受力计算――防止法兰泄露；管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大；2）管道动力分析管道自振频率分析――防止管道系统共振；管道强迫振动响应分析¬――控制管道振动及应力；往复式压缩机气柱频率分析――防止气柱共振；往复式压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值；管道地震分析――防止管道地震应力过大。
2．管道应力分析的目的使管道应力在规范的许用范围内；使设备管口荷载符合制造商的要求或公认的标准；计算出作用在管道支吊架上的荷载；解决管道动力学问题；辅助压力管道布置设计的优化。
CAESARII简易教程
4
CAESARII-管道应力分析简版使用手册
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：
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。
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。
北京市艾思弗计算机软件技术有限责任公司
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
北京市艾思弗计算机软件技术有限责任公司
CAESARII-管道应力分析-理论全文
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
绪论
3D 梁单元的特征
• 仅说明了总体的行为。 • 没有考虑局部的作用 (表面没有碰撞)。 • 忽略了二次影响。
(使转角很小) • 遵循Hook’s 定律。
基本应力理论 & CAESAR II 的实施
规范要求的载荷工况
• (1) = W + T1 + P1 (OPE)
• (2) = W + P1 (SUS) • (3) = DS1 - DS2 (EXP)
• 操作工况, 用于:
– 约束& 设备载荷 – 最大位移 – 计算 EXP 工况
• 持续工况，用于一次载荷下规 范应力的计算。
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 • For this discussion, rearrange the equation to {x} = {f} / [K],
where we know we don't really divide by [K], we multiply by its inverse. • OPE: {xope} = {fope} / [Kope] = {W + T1 + P1} / [Kope] • SUS: {xsus} = {fsus} / [Ksus] = {W + P1} / [Ksus] • EXP: {xexp} = {xope} - {xsus} = {W + T1 + P1} / [Kope]
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基础知识要点
所有资料版权属艾思弗软件公司所有，未经许可，不得拷贝！！管道应力分析软件（系列培训教材）管道应力分析基础知识北京市艾2思弗计算机软件技术有限责任公司2003年1月15日管道应力分析基础知识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、管道支撑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、支撑沉降等；（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道荷载在制造商或国际规范（如23、610、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。
CAESAR II 应力分析理论基础解读
2019/2/25
动态分析目的
• 动力分析则主要指往复压缩机和往复泵管 道的振动分析、管道的地震分析、水锤和 冲击荷载作用下管道的振动分析。
– 往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析-----防止 气（液）柱共振； – 往复压缩机（泵）管道压力脉动分析-----控制压力脉动值； – 管道固有频率分析-----防止管道系统共振； – 管道强迫振动响应分析-----控制管道振动及应力； – 冲击荷载作用下管道应力分析-----防止管道振动和应力过 大； – 管道地震分析-----防止管道地震力过大。
2019/2/25
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
- 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)。
随着国民经济的发展，化工装置规模越来越大，工况 越来越复杂。人们对安全的重视程度越来越高。应力分析 管线，一般为高温高压，介质易燃易爆的管线。如果管道 发生泄漏或者破坏，将造成严重的生命财产损失，同时污 染环境，并会对企业造成严重的负面影响。 所以，我们要通过管道的应力分析，确保工厂运行的 安全。在设计的过程中，通过计算，我们还可以帮助其它
专业（配管、设备、工艺）优化设计方案，节约材料，减 少设计成本。
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业的职责及任务
• • • • • • • • • A 职责 应力分析（静力分析、动力分析） 对重要管线的壁厚进行计算，包括特殊管件的应力分析 对动设备（机泵、空冷器、透平等）管口受力进行校核计算 管架标准的制定及非标管架设计 审核供货商文件 编制、修改相关工程规定 编制应力分析及管架设计工程规定 对相关设计人员进行专业培训 进度、质量及人工时控制 参加现场技术服务
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
孔径大小：
d 4 V气体流速 U ,U D V介质内的声速
d 0.3 ~ 0.5 D
孔板厚度=3-5mm 孔板位置――在较大缓冲罐的进出口均可
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业的职责及任务
d). 减少激振力 减少弯头、三通、异径管等管件改90° 为弯头45° 弯头。 e). 改变（提高）管线的固有频率，使其远离激振力频率。 ⑴共振区域
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业的职责及任务
C. 动力分析要点: a).振源
①机器动平衡差---基础设计不当 ②气流脉动---气柱共振 ③阻力、流速、流向变化异径管、弯头、阀门、孔板等附近产生激 力 ④共振---激振力频率等于或接近管线固有频率
76~176Kg/cm2 176Kg/cm2
4%
3% 2%
n：为压缩机并联数
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业的职责及任务
⑸ 卧式容器固定端及立式设备支耳标高确定 —提高管道柔 性，减小位移差值，防止对设备管口的推力过大。 ⑹ 支管补强计算—降低局部应力—等面积补强—WRC329 ⑺ 动设备管口许用荷载校核——API610，API617，NEMA 23，API661。 ⑻ a) 管道计算 夹套管计算 b) 端部强度计算 c) 内部导向翼板位置确定 ⑼往复式机泵动力分析（见⑷） ⑽安全阀，爆破膜泄放反力计算(见标准计算程序) -----ANSI/B31.1（气体） API RP520（气体、气混）
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业的职责及任务
⒃ 编制弹簧架表――选型、荷载、位移 串联 按最大荷载选弹簧 位移按最大位移量分配 并联 选同型号弹簧、荷载平均分配 荷载变化率 国标≤25％（可改变） ⒄ 编制柔性件技术特性表
b).机器动平衡差---修改基础设计
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业的职责及任务
c). 减少脉动和气柱共振的方法：
1）加大缓冲罐---依据API618计算缓冲罐的体积,一般为气缸容积的10 倍以上; 使缓冲罐尽量靠近进出口;但不能放在共振管长位置 2）两台或三台压缩机的汇集总管为进口管面积之和的三倍。 3）孔板消振---在缓冲罐的出口加一块孔板。.
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
⑶ 临界管线表
一般来说，参考SH/T 3041、GB 50316和ASME B31.3，以下范围的管 道需要进行详细的应力分析： (1)与具有对载荷敏感的转动机械相连的管线，它包括以下几类： 与泵相连的管线,由于泵口载荷校核依据操作工况下的载荷进行， 故当管线操作条件为以下条件时，应做详细应力分析。 温度≥150° C （或≤-140° C）， 公称直径大于或等于 DN450(18”) 的管线； 应力分析工程师认为应作应力分析的与泵连接的管线。 NPS≥20”与离心式压缩机进出口相连接的管线，由于设备管口载 荷校核依据操作工况下的载荷进行，应做详细应力分析。 冷热火炬总管。 (2)其它的用图表法或公式法分析后，属于应力、柔性不能满足要求 的管道。
以上。设计时最好控制在1.5倍以上。
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业的职责及任务
⑶ 激振力频率W0= n/60 ×缸数×单（双）作用数（1/秒） n=转/分---压缩机转数 ⑷ 控制压力脉动
P 压力脉动值δ
≤76Kg/cm2
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业的职责及任务
B. 动力分析包含的内容 a)管道固有频率分析---防止共振 b)管道强迫振动响应分析---控制管道振动及应力 c)往复式压缩机（泵）气（液）柱频率分析---防止气柱共振 d)往复式压缩机（泵）压力脉动分析--- 控制压力脉动值（δ 值）
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业常用的标准规范
ASME/ANSI B31.4 Liquid Transmission and Distribution piping systems ASME/ANSI B31.8 Gas Transmission and Distribution piping systems API610 —— 离心泵 NEMA SM23 —— 透平 API617 —— 离心式压缩机 API618 —— 往复式压缩机 API661 —— 空冷器 ANSI/B31.1、APIRP520 —— 安全阀、爆破膜
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业的职责及任务
G 临界管线表的确定准则（哪些管线该做哪类的应 力分析） H 计算及安全性评定准则 I 应力分析工作流程 J 其他
⑵壁厚计算 A 当
DO P 且 t 0.385时 6 PDo t t 2 2YP t
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业的职责及任务
B当
t Do 或 P 6
t
0.385时
t的确定应根据断裂理论、疲劳、热应力及材料特性等因素综合考虑确定。 （高压管道的计算）
C 外压直管的壁厚，应根据GB150规定的方法确定。 D 其它的管件（如Y型三通、孔板等）依据相应的规范 （GB50316-2000）或公式进行计算。 E 高压管的应力分析 F 大口径薄壁管的应力分析
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
管道应力分析专业的职责及任务
(3)管线的设计温度和压力高于ASME/ANSI B16.5中的 定义的2500磅等级； (4)在下列温度值下长期工作的管道
碳钢 合金钢 不锈钢 380° C 480° C 540° C
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.
管道应力分析专业的职责及任务
B 工作任务 1. 初步设计、基础设计阶段 ⑴编制工程设计规定(应力分析,管架设计) （四级签署） ⑵参加设备布置工作 ⑶对主要管线的走向进行应力分析和评定 2. 详细设计阶段 ⑴编制工程设计规定（应力分析、管架设计）（四级签署） ⑵重要管线的壁厚计算，特殊管件的应力分析，高压管， 大口径薄壁管 ⑶编制临界管线表（三级签署）------应力分析管线表