连续管受力分析起下能力及疲劳计算
材料力学管道分析知识点总结
材料力学管道分析知识点总结材料力学是工程力学的一个重要分支，研究材料在外力作用下的力学行为。
管道作为一种常见的工程结构，在各个领域都有广泛应用，了解材料力学管道分析的知识点，对于工程设计和施工具有重要意义。
本文将对材料力学管道分析的知识点进行总结，旨在帮助读者更好地理解和应用该领域的知识。
1. 弹性力学基本概念弹性力学是研究材料在小应变作用下的力学行为的分支。
在材料力学管道分析中，弹性力学的基本概念是必须要了解的。
弹性体的本构方程、应力-应变关系、应变能密度以及泊松比等概念是分析管道弹性行为的基础。
2. 管道的应力分析管道在使用过程中会承受外部载荷的作用，因此对管道的应力分析是非常重要的。
在材料力学管道分析中，应力的分布和大小对于设计管道的强度和稳定性具有重要意义。
应力分析会涉及到静力学平衡、材料的弹性性质以及管道的几何尺寸等因素。
3. 管道的变形分析管道在受到外部载荷作用下，会发生弯曲、拉伸和压缩等变形。
变形分析是了解管道结构受力情况以及变形形式和程度的手段。
在变形分析中，考虑到材料的弹性性质、几何尺寸的变化以及边界条件的影响。
4. 管道的稳定性分析管道的稳定性是指管道在受力作用下不产生破坏或失稳的能力。
稳定性分析是确保管道在使用过程中具有足够的强度和刚度以防止破坏的重要手段。
管道稳定性分析会考虑到材料的弹性性质、几何尺寸的变化、外界环境的影响以及边界条件等因素。
5. 管道的疲劳分析管道在长期使用过程中，会受到交变载荷的作用，从而引发疲劳破坏。
疲劳分析是为了评估管道在反复载荷下的寿命和安全性。
在疲劳分析中，需要考虑到材料的疲劳性能、载荷的频率和幅值、应力范围和设计寿命等因素。
6. 管道的裂纹扩展分析管道的裂纹扩展分析是为了评估管道在裂纹存在的情况下的寿命和安全性。
裂纹扩展分析需要考虑到材料的断裂韧性、裂纹形态和尺寸、应力场分布以及环境因素等因素。
7. 管道的振动分析管道在某些情况下会受到振动的激励，从而引发共振或者疲劳破坏。
疲劳分析的数值计算方法及实例-部分理论可打印
第十四章疲劳分析的数值计算方法及实例第一节引言零件或构件由于交变载荷的反复作用，在它所承受的交变应力尚未达到静强度设计的许用应力情况下就会在零件或构件的局部位置产生疲劳裂纹并扩展、最后突然断裂。
这种现象称为疲劳破坏。
疲劳裂纹的形成和扩展具有很大的隐蔽性而在疲劳断裂时又具有瞬发性，因此疲劳破坏往往会造成极大的经济损失和灾难性后果。
金属的疲劳破坏形式和机理不同与静载破坏，所以零件疲劳强度的设计计算不能为经典的静强度设计计算所替代，属于动强度设计。
随着机车车辆向高速、大功率和轻量化方向的迅速发展，其疲劳强度及其可靠性的要求也越来越高。
近几年随着我国铁路的不断提速，机车、车辆和道轨等铁路设施的疲劳断裂事故不断发生，越来越引起人们的重视。
疲劳强度设计及其研究正在成为我国高速机车车辆设计制造中的一项不可缺少的和重要的工作。
金属疲劳的研究已有近150年的历史，有相当多的学者和工程技术人员进行了大量的研究，得到了许多关于金属疲劳损伤和断裂的理论及有关经验技术。
但是由于疲劳破坏的影响因素多而复杂并且这些因素互相影响又与构件的实际情况密切相关，使得其应用性成果尚远远不能满足工程设计和生产应用的需要。
据统计，至今有约90%的机械零部件的断裂破坏仍然是由直接于疲劳或者间接疲劳而引起的。
因此，在21世纪的今天，尤其是在高速和大功率化的新产品的开发制造中，其疲劳强度或疲劳寿命的设计十分重要，并且往往需要同时进行相应的试验研究和试验验证。
疲劳断裂是因为在零件或构件表层上的高应力或强度比较低弱的部位区域产生疲劳裂纹，并进一步扩展而造成的。
这些危险部位小到几个毫米甚至几十个微米的范围，零件或构件的几何缺口根部、表面缺陷、切削刀痕、碰磕伤痕及材料的内部缺陷等往往是这种危险部位。
因此，提高构件疲劳强度的基本途径主要有两种。
一种是机械设计的方法，主要有优化或改善缺口形状，改进加工工艺工程和质量等手段将危险点的峰值应力降下来；另一种是材料冶金的方法，即用热处理手段将危险点局部区域的疲劳强度提高，或者是提高冶金质量来减少金属基体中的非金属夹杂等材料缺陷等局部薄弱区域。
管道受力分析(无背景)
管道受力分析管道受力分析目录：一、管道发展历史1、发展2、著名管道系统二、提出问题三、管道受力研究1、管道2、弯头3、三通四、小组分工五、总结六、参考文献管道受力分析关键字：管道受力一、管道发展历史管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。
管道的用途很广泛，主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。
管道作为物料输送的一种特殊设备在现代化工业生产和人民生活中起着很重要的作用，它就像人体中的血管一样，没有它，人的生命就不复存在。
1、“油气集输和储运”技术随着油气的开发应运而生。
早在我国汉代，蜀中人民就采用当地盛产的竹子为原料，去节打通，外用麻布缠绕涂以桐油，连接成“笕”，就是我们现在铺设的输气管线。
最早的一条原油输送管道，是美国于1865年10月在宾夕法尼亚州修建的一条管径50毫米长9756米从油田输送原油到火车站的管道，从此开始了管道输油工业。
但油气管道运输是从1928年电弧焊技术问世，以及无缝钢管的应用而得到发展和初具规模的。
管道输送技术的第一次飞跃是在第二次世界大战期间。
第二次世界大战以后，管道运输有了较大的发展。
2、目前世界上比较著名的大型输油管道系统有：（1）前苏联的“友谊”输油管道。
它是世界上距离最长、管径最大的原油管道，其北、南线长度分别为4412千米和5500千米，管径为426~1220毫米，年输原油量超过1亿吨，管道工作压力4.9~6.28兆帕。
（2）美国阿拉斯加原油管道。
其全长1287千米，管径1220毫米，工作压力8.23兆帕，设计输油能力1 亿吨／年。
（3）沙特阿拉伯的东-西原油管道。
其管径1220毫米，全长1202千米，工作压力5.88兆帕，输油能力1.37亿立方米／年。
（4）美国科洛尼尔成品油管道系统。
该管道系统干线管径为750~1020毫米，总长4613千米，干线与支线总长8413千米，有10个供油点和281个出油点，主要输送汽油、柴油、燃料油等100多个品级和牌号的油品。
连接件受力经验计算公式
连接件受力经验计算公式
1. 螺栓连接受力计算公式
- 轴向受力: F = π/4 * d^2 * σb
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
其中, d为螺栓直径, σb为螺栓材料的抗拉强度, τ为螺栓材料的剪切强度。
2. 焊缝受力计算公式
- 焊缝长度受力: F = a * l * σw
- 焊缝面积受力: F = a * σw
其中, a为焊缝面积或长度, l为焊缝长度, σw为焊缝材料的极限强度。
3. 键连接受力计算公式
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
- 压力受力: F = d * l * p
其中, d为键直径, l为键长度, τ为键材料的剪切强度, p为键与轴承的接触压力。
4. 铰链连接受力计算公式
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
- 压力受力: F = d * b * p
其中, d为铰链直径, b为铰链宽度, τ为铰链材料的剪切强度, p为铰链与轴承的接触压力。
以上公式是基于理想工况下的简化计算方法,实际应用中还需考虑安全系数、应力集中等影响因素进行修正。
此外,对于复杂的连接形式,可能需要采用有限元分析等数值计算方法。
连续油管作业遇卡原因分析及解卡方法
连续油管作业遇卡原因分析及解卡方法摘要：连续油管越来越多地用于油田和天然气田的开发，特别是在定向井中，例如高度偏转的井和水平井，从而极大地减少了缠绕管的好处。
但是，当连续油管用于洗沙、塞孔或作业时例如，与常规管道操作相比，可观察到的桥梁断裂和底部连接的砂钻断裂等，连续油管管道的粘结风险大大增加。
关键词：连续油管作业；遇卡原因分析；解卡方法；连续油管作业在油气田开发中得到广泛应用。
但在冲砂、塞钻、大直径工具过程中，连续油管卡钻风险较常规油管作业大大增加。
为尽可能避免连续油管施工过程中卡钻，或卡钻后及时正确解除卡钻，避免工程复杂化，介绍了连续油管作业过程中5种典型卡钻类型，包括砂屑卡钻、落物卡钻、换套管卡钻、水泥卡钻和封隔器卡钻。
针对不同卡钻类型，分析了相应的卡钻原因，主要包括操作人员经验不足、判断失误、规章制度执行不严、工具选择不当、工作液性能不理想、钻井过程中停泵等。
根据材料力学的胡克定律，分析了夹紧点位置的计算方法。
根据建立有效循环和未能建立循环两种情况，分析了解卡片处置方法，总体思路是尽量建立循环。
一、遇卡类型与原因1.砂屑卡。
连续油管作业中，粘砂屑是一种常见的粘砂方式，主要发生在连续油管冲砂作业和钻塞作业过程中。
采用连续油管水力冲砂时，由于操作人员经验不足或循环泵车故障停机，循环上升过程中固体杂质沉淀，造成连续油管砂埋砂堵塞。
此外，在使用连续油管进行钻塞施工过程中，由于工具选择不当、工作液性能不合格、钻井过程中停泵等原因，也会因碎屑沉降、工具埋设等原因造成堵塞。
2.落物卡。
如遇物体坠落，如手持工具、液压钳、橡胶等。
，需要使用带有大直径工具的连续油管进行钻孔和研磨。
连续油管在下入过程中，有时会突然遇阻，管柱被井内坠物挤向井壁，无法连续下放或提升。
特别是钢丝掉井的情况下，连续油管打捞时，由于判断不准确，打捞工具下得太深，超过鱼顶，导致钢丝缠绕打捞工具，被吊起时钢丝结块，造成卡钻。
3.套变卡。
由于腐蚀和压力，套管损坏、变形和断裂。
管道柔性分析与应力计算【范本模板】
今天借这个机会和大家共同学习和探讨一下管道柔性分析与应力计算以及应力计算软件CAESARⅡ。
我们作为管道工程师,配管是我们的主要工作，占据了我们大部分工作时间。
一般情况下，管道工程师在配管完成后,应将临界管系提给管道机械工程师进行管道柔性分析与应力计算，通常也简称为应力分析。
我们在配管完成后，为什么要进行管道应力分析呢?主要有以下几个原因：第一个原因是为了使管道应力在规范的许用范围内，保证所设计的管系及其连接部分的安全性。
第二个原因是为了使管口荷载符合标准规范的要求。
第三个原因是为了计算支撑和约束的设计荷载。
第四个原因是为了计算管道位移，从而选择合适的管架。
第五个原因是为了解决管道动力学问题，比如说：机械振动，声频振动，流体锤，压力脉动,安全阀的排放等等。
最后一个原因是为了帮助配管优化设计。
这些原因呢也构成了管机工程师需要完成的工作任务，对这些内容呢后面我们会作进一步学习。
今天我们学习的内容包括以下五个部分:1.管道应力分析的相关理论和基础知识。
我们简单的学习一下与管道应力分析相关的一些理论和基础知识。
2.管道应力分析的理解和工作任务。
3.实际工作中的管道应力分析的工作过程。
4.管道的柔性设计。
5。
CAESARⅡ管道应力计算程序。
我们首先一起学习一下应力分析的理论基础一管道应力分析的相关理论和基础知识。
应力分析的相关理论和基础知识涉及的内容是非常广泛的，象是材料力学，结构力学，有限元,弹塑性力学等等。
今天我们只学习和它关系最为密切的一些内容。
如果有兴趣的话，大家可以在以后时间里进一步学习其他相关知识。
我们学习的第一点是强度理论在管系上的任一受力点，往往受到多方向应力的作用，例如：轴向应力，环向应力，剪切应力的作用.这些应力会对管道材料的力学性能产生影响，严重时将使管道材料失效或产生破坏。
这种影响程度通常用“当量应力强度”来衡量，而定量求解应力强度则要依据相应的强度理论。
涉及的强度理论主要有四种：第一种是最大主应力理论。
管道应力分析及计算全
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)。
C、动力分析要点
a)
振源
机器动平衡差 — 基础设计不当
⑶ 编制临界管线表(三级签署) — 应力分析管线表
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(四级)
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)；
三、管道的柔性设计
3.1、柔性定义及柔性设计的方法和目的 a)定义 b)目的 c)设计方法 d)端点位移考虑 3.2、是否进行详细柔性设计的判别方法 a)应进行详细柔性设计的管道 b)可以不进行详细柔性设计的管道 c)判别式的使用方法与注意事项 3.3、管道的热补偿
三、管道的柔性设计
3.4、应力增大因子 3.5、柔性分析方程 3.6、弹性模量随温度变化效应 3.7、柔性分析的另一规则
2)两台或三台压缩机的汇集总管截面积至少为进口管 截面积的三倍，且应使柱塞流的冲击力不增加。
3)孔板消振 — 在缓冲罐的出口加一块孔板。
孔径大小：
d D
4
U,
U
V气体流速 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
d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。
A、当
管道应力分析和计算
管道应力分析和计算目次1 概述1.1 管道应力计算的主要工作1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法1.4 管道荷载1.5 变形与应力1.6 强度指标与塑性指标1.7 强度理论1.8 蠕变与应力松弛1.9 应力分类1.10 应力分析2 管道的柔性分析与计算2.1 管道的柔性2.2 管道的热膨胀补偿2.3 管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算2.6 冷紧2.7 柔性系数与应力增加系数2.8 作用力和力矩计算的基本方法2.9 管道对设备的推力和力矩的计算3 管道的应力验算3.1 管道的设计参数3.2 钢材的许用应力3.3 管道在内压下的应力验算3.4 管道在持续荷载下的应力验算3.5 管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算3.7 力矩和截面抗弯矩的计算3.8 应力增加系数3.9 应力分析和计算软件1 概述1.1 管道应力计算的主要工作火力发电厂管道（以下简称管道）应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力；判断计算管道的安全性、经济性、合理性，以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。
管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。
管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。
1.2 管道应力计算常用的规范、标准（1）DL/T 5366－2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（2）ASME B 31.1－2004动力管道在一般情况下，对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。
对涉外工程或顾客有要求时，采用B 31.1进行管道应力验算。
1.3 管道应力分析方法管道应力分析方法分为静力分析和动力分析。
对于静荷载，例如：管道内压、自重和其他外载以及热胀、冷缩和其他位移荷载作用的应力计算，采用静力分析法。
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。
连续油管卷曲低周疲劳寿命预测
的方法来提高连续油管循环寿命无太大意义； Ｓ ３ Ｅ方法在寿命预测精度上优 于传统 Ｍ ｎｏ—ｏ ｎ方 ａｓｎ ｆ Ｃｉ 法 ，对于连 续油管作业过 程 中涉及 的低 周疲 劳问题及 寿命预 测具有 一定 的借鉴作 用。
关键 词 连 续油 管 卷 曲低 周疲 劳 寿命 预 测 承载
当管 柱 弯 曲时 的弯 曲半 径超 过其 屈 服 曲率 半径
时 ，连续 油 管将 发 生 塑性 变 形 。实 际连 续 油 管
内部 一般 均有 高 、 中压 液体 或气 体 ，从 而在起 下井 作 业 过程 中受 到弯 曲和 内压 的共 同作 用 而产生 瞬时 塑性 弯 曲 变 形 ， 国 外 称 之 为 卷 曲 蠕 变 （ｏｌｇ ｃｉｎ ｉ
连续油管在卷绕卷轴过程 中产生了较大的塑性
变形 ，其弯 曲应 力大 于材 料本 身 的弹性 极 限 ，应力
与应 变 不成 正 比。在 材料 疲劳 曲线 上 ，按 其破 坏 的
经 受 ６次 “ 伸一 弯 曲” 交 替变 形 。 拉 管柱在一 定弯 曲半 径 下弯 曲，其 变 形处 于弹性 变形范 围。在 弹性极 限内 ，管 子 能 承受 的最 小 弯 曲
管拉直 ，完成 １次弯 曲动作 ；连 续 油管进 入 导 向架 时 ，沿 导 向架 的弯 曲半 径 发生 弯 曲 ；连续 油 管通 过
导 向架后 进 入 牵 引链 条 总成 ，重新 被 拉 直 。 因此 ， 对 于 １次完整 起 、下作 业过 程 而言 ，连续 油 管柱要
卷 曲低 周 疲 劳寿 命 预 测
关键词连续油管卷曲低周疲劳寿命预测承载目前国外连续油管作业装备正大量投入现场应用涉及到钻井完井试油采油修井和集输等各个作业领域以其占地面积小作业成本低搬迁安装方便保护油层增加油井产量和使用范围广等诸多优势而被誉为万能作业机
浅谈压力管道应力分析及计算
浅谈压力管道应力分析及计算摘要：压力管道在工业生产或社会建设中被越来越广泛的使用，以其自身的特殊性和有针对性的特点，成为工业社会的一个重要课题。
管道质量及应力的大小直接影响到工程的质量及安全事故的发生率，应力的分析与计算也显得十分重要。
压力管道应力可分为一次应力、二次应力及峰值应力，三种类型，各种类型应力的特点各有不同，可以通过科学的方法如CAESAR II分析系统及复杂的公式多次计算，得出准确数值。
关键词：压力管道应力分析计算随着我国现代化技术的革新，工业蓬勃发展，国家大力支持公共设施建设项目，油田建设、大兴水利、天然气工程、南水北调工程等，压力管道成为最常见设备之一，其承担着输送易燃易爆能源、放射性及高腐蚀性物资的重大任务。
压力管道的安全与质量问题也成为从设计、安装、维护到使用等各个环所有相关部门都关注的重点防范问题，但其生产和使用过受到各种荷载因素的影响，加之自身应力的原因，使得压力管道事故频频发生，成为重大公共安全隐患，其也是国家相关安全监督管理项目之一[1]。
压力管道的应力分析与计算成为各种建设项的必要课题。
现对当前常用的压力管道应力进行分析及计算，相关报告如下：一、压力管道的特点压力管道在工作过程中所承担的重任和性质的特殊性，使其呈现出与一般管道与压力容器完全不同的特性，按照使用领域来划分，压力管道了分为一般工业压力管道和大跨度的公用管道，具体分以下几点：①工业压力管道构建出现代工业化生产体系，其特点是连接点多，管道的弯曲较多，分布密度大。
各个车间职能不同，使用的压力管道材料、规格要求各不一样，降低了整个系统的均衡质量。
生产过程中影响荷载的因素众多，如温度、运送物资质量、密度、化学性质等[2]。
②大跨度公用管道该类工程均跨越地理、气候各不一样的省市，有以下几个特点即长度极大，压力荷载复杂，性质不稳定，且受自然条件影响较多，如地质压力、风雪天气、地震塌陷等。
各项安全指标的测量准确度不高，维护难度大。
具有典型结构压力容器的疲劳分析设计
具有典型结构压力容器的疲劳分析设计张杰，郝明涛，江保全，邓龙伟，唐毅（西南化工研究设计院有限公司， 四川 成都 610025）[摘 要] 由于局部应力对压力容器承受疲劳载荷的能力起着显著作用，在结构设计上应尽量避免使结构产生过大的局部应力峰值。
然而，工业应用的需求已无法规避具有某些典型结构的疲劳压力容器。
本文针对一种具有包括各口径接管（特别是斜接管）、内件支撑件、起吊吊耳、耳座支撑等典型结构的疲劳压力容器，基于有限元计算软件ANSYS，介绍了分析和设计的过程和评定方法，探讨了典型结构的特点和应力分布规律的成因，并提出相应处理措施。
[关键词] 压力容器；典型结构；应力；分析设计；疲劳评定作者简介：张杰（1981—），男，重庆荣昌人，2008年毕业于四川大学化工过程机械专业，博士，高级工程师。
主要从事压力容器设计和装备研发工作。
近年来，随着石油化工和各类工业技术水平的迅速发展，承受循环载荷的疲劳压力容器的应用日益增多。
压力容器受压部件中的结构不连续部位、开孔接管以及附件的焊接接头附近等区域常常会产生较高的局部应力（包括峰值应力在内的最大应力），对结构承受疲劳载荷的能力影响较大。
随着载荷的不断循环，局部应力的反复作用，将使材料晶粒间发生滑移和错位，逐步形成微裂纹，微裂纹不断扩展，进而形成宏观疲劳裂纹贯穿整个壁厚，最终导致容器发生疲劳断裂[1]。
在结构设计上疲劳压力容器应尽量避免几何不连续的结构，避免使结构产生过大的局部应力峰值。
然而，生产规模的不断扩大，单元装置的自动化和集约化程度越来越高，监测反馈回路增多、安装方式受限等情况不断呈现，疲劳压力容器已经无法规避各种常见的典型结构。
典型结构通常有典型的开孔接管规格和形式、典型的外部附件连接、典型的内部支撑件连接等。
因此，设计者只能掌握更加精确的设计方法，来评价结构承受疲劳载荷的能力。
本文基于大型有限元计算软件ANSYS ，对此类具有典型结构的疲劳压力容器的分析设计进行了较详细的阐述。
固定管板式换热器应力分析和疲劳分析
固定 管板式 换 热器 中 的管 束 、 板 和壳 体 三 大 管 主要 构件 彼此连 接 在一 起 ， 而换 热 过 程 中它 们 分 别
与不 同温度 的流体 接触 ， 必产生 温差 ， 势 使得 构件 问 产生不 同的热变 形量 ， 成 刚性 连 接 的 构件 间的 热 造 变形受 到 约束 ， 而产生 温差 热应 力 。Ｇ ５ 进 Ｂ １ １考 虑 了管 、 壳程压 力及换 热管 和壳 程简 体 的温差 ， 而管板
（ ． 国石 化 集 团上 海 工 程 有 限公 司 ，上海 １中 摘 ２ ０ ２ ； ．全 国锅 炉 压 力 容 器 标 准 化 技 术 委 员 会 ， 京 ０ １０ ２ 北 １０ １ ） ００ ３
要 ： 绍 了某 固定 管 板 式换 热 器 压 力 温度 循 环 条件 ， 立 热 分 析 和 结 构 分 析 的 有 限 元 模 型 ， 算 得 出管 板 的 温 介 建 计
第４ ７卷第 ５期
２１ ０ ０年 １ ０月
化
工
设
备
与
管
道
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ５ １４ ． ０ｃ ． Ｏ１ ｔ２ Ｏ
Ｐ Ｏ Ｅ ＳＥ Ｕ Ｐ Ｅ Ｔ ＆ ＰＰＮ Ｒ Ｃ Ｓ Ｑ ＩＭ Ｎ ＩＩＧ
・
压 力 容 器
・
固定 管板 式 换 热 器应 力分 析 和 疲 劳 分析
肖芬 陈志伟 ，
度 场 和 应 力 场 ， 行 应 力分 析 和 疲 劳分 析 。 进
关键词 ： 换热 器； 管板 ； 温度场 ； 应力分析 ； 疲劳分析
中 图分 类 号 ：Ｑ ００ ２ Ｔ ５ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１０ — ８ （０ ０ ０ － ０ －３ ０ ９３ １ ２ １ ） ５０ ５０ ２ ０
小曲率半径连续钢桁架桥受力及疲劳分析
小曲率半径连续钢桁架桥受力及疲劳分析小曲率半径连续钢桁架桥受力及疲劳分析引言：钢桁架桥是一种常见的大跨径桥梁结构，因其强度高、刚度大而得到广泛应用。
然而，在设计和使用过程中，桥梁结构常遭受着来自交通荷载、自身重量以及自然环境因素的多重载荷。
此外，由于连续梁桥在实际使用中存在一定的变形，对桥梁结构的受力状况及疲劳性能造成了一定的影响。
本文旨在探究小曲率半径连续钢桁架桥在受力和疲劳方面的特征，并分析其对桥梁耐久性能的影响。
1. 小曲率半径连续钢桁架桥受力分析小曲率半径连续钢桁架桥的受力分析主要包括静力分析和动力分析两个方面。
静力分析：在静力分析中，我们首先需要计算连续钢桁架桥在自身重量和交通荷载作用下的受力情况。
利用静力学原理以及钢结构力学理论，我们可以确定桥梁各个构件的内力、刚度和变形情况。
通过对受力情况的分析，我们可以评估桥梁的整体稳定性和承载能力。
动力分析：动力分析考虑了风荷载、地震荷载、交通荷载等外部动力因素对桥梁结构的作用。
通过动力学原理，我们可以预测桥梁在不同动力荷载作用下的响应情况，从而评估桥梁的安全性和舒适性。
2. 小曲率半径连续钢桁架桥疲劳分析在实际使用中，桥梁结构长期受到来自交通荷载的往复变荷载作用，这会导致桥梁材料产生应力集中，从而降低其疲劳寿命。
因此，疲劳分析对于评估桥梁的耐久性能非常重要。
疲劳寿命预测：根据材料的疲劳性能和荷载历程特征，我们可以利用疲劳寿命曲线来预测桥梁的疲劳寿命。
采用应力幅和疲劳循环次数作为评估指标，可以通过一定的疲劳试验和数值模拟方法得到疲劳寿命曲线。
疲劳监测与评估：实际使用中，我们可以采用传感器等监测设备来实时获取桥梁结构的应力和变形信息。
基于监测数据，结合疲劳寿命预测模型，可以对桥梁的疲劳性能进行实时评估和预测。
根据评估结果，可以采取相应的维修和加固措施，以提高桥梁的耐久性能。
3. 桥梁连续性对受力和疲劳性能的影响小曲率半径连续钢桁架桥的连续性是指桥梁在纵向方向上无缝连接，可以形成一体化结构。
构件的受力分析与计算
04 实例
桥梁设计中的受力分析需要考虑 风载、车载、桥梁自重等多种因 素，确保桥梁的安全性和稳定性 。
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复杂受力分析实例
总结词
复杂受力分析实例涉及多个力的相互作用，需要 综合考虑各种因素，计算过程较为复杂。
公式
F=ma，F=kx，E=mc^2等
详细描述
在复杂受力分析中，需要考虑多个力的相互作用 ，如摩擦力、弹力、电磁力等。需要考虑物体的 运动状态、材料属性、环境因素等，计算过程较 为复杂。
实例
一个弹簧振子在振动过程中受到弹力和阻力的作 用，需要综合考虑这两个力的作用来分析振子的 运动状态。
能量法
通过分析构件在外力作用下的能量变化，推导出构件的稳定性条 件。
有限元法
利用有限元分析软件，对构件进行离散化处理，并求解出构件在 外力作用下的变形和应力分布。
05 构件的疲劳分析
疲劳概念
疲劳
在循环载荷或交变载荷作用下，构件应力超过某一极限值时，将发 生断裂或显著降低承载能力的现象。
疲劳破坏
由于疲劳引起的断裂或显著降低承载能力的现象。
简单受力分析实例
总结词
简单受力分析实例主要针对单个或少数几个力的作用，计 算过程相对简单。
公式
F=ma
详细描述
在简单受力分析中，通常只考虑一个或少数几个力的作用 ，如重力、摩擦力等。计算过程相对简单，主要通过力的 合成与分解来求解。
实例
一个物体在地球表面受到重力作用，通过重力加速度和物 体质量即可求出其受到的重力。
实际工程应用实例
01 总结词
实际工程应用实例需要考虑实 际工程中的各种因素和限制条 件，具有很强的实用性。
管道应力分析中几个问题的探讨 邹雪松
管道应力分析中几个问题的探讨邹雪松发表时间：2020-09-03T15:11:35.923Z 来源：《基层建设》2020年第11期作者：邹雪松[导读] 摘要：在进行管道设计时，首先要考虑满足工艺要求，还应使管道的设计既经济合理又安全可靠，管道应力分析是实现这一目标的手段和方法。
中海福陆重工有限公司广东珠海 519000摘要：在进行管道设计时，首先要考虑满足工艺要求，还应使管道的设计既经济合理又安全可靠，管道应力分析是实现这一目标的手段和方法。
针对相关规范的理解和支架设计技巧，结合长期的设计经验和应力分析理论，提出了管道应力分析需要注意的几个问题。
关键词：管道应力，应力计算安装温度定义，简化计算，应力补偿，计算机计算方法 1管道应力分析中如何定义安装温度二次应力是由热胀、冷缩、端点位移等位移荷载的作用所产生的应力，是个位移应力变化范围。
B31．3明确，在进行位移应力范围计算时应基于在分析的热循环内的金属最高温度与金属最低温度；在进行约束反力计算时指出，应基于金属最高（或最低）温度与预期安装温度。
举个例子，如某管道有两种操作工况，T1=+300℃，T2=-50℃，安装环境温度21℃，CAESARⅡ软件默认会建立以下工况： L1：W+T1+P1（OPE） L2：W+T2+P1（OPE） L3：W+P1（SUS）L4：L1-L3（EXP）L5：L2-L3（EXP）显然，以上L4及L5都没有代表温度循环内极限的位移应力范围，不是规范上定义的二次应力，为了校核规范应力，设计者需要另外增加一个工况：L6：L1–L2（EXP）根据规范，应以L6来校核二次应力，L1及L2来提热态的约束反力条件。
安装好的管道受环境温度影响，上述例子中的T1也可能是冷管停车期间管道的环境温度，T2也可能是热管停车期间管道的环境温度。
设计者修改软件模型中的安装环境温度，结果主要对操作工况下的约束反力、操作工况与安装工况之间的应力变化范围产生影响。
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
• 减阻剂能降低液体流动阻力？
2. 连续管流体阻力分析-滚筒
• 非牛顿流体
– Dean数 NDegReGRr 0.5
– 紊流fanning系数用下式求
f a b ND e g
2021/8/1
8
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
2. 连续管流体阻力分析-滚筒
2021/8/1
9
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
2. 连续管流体阻力分析-结论
• 牛顿流体与非牛顿流体
– 非牛顿流体的阻力可能小于清水（牛顿流体） 阻力。
• 直管与弯管
– 流体在弯管流动时，会产生二次流，导致流 体流过弯管的阻力要大于流过直管的阻力。
2021/8/1
10
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
3. 连续管井中力学分析
• 油井井眼轨迹
– 垂直井
– 定向井，增斜、降斜
– 水平井
P
O
井口
z
连续油管
z
– 液体的浮力
dz
套管
dz
– 浮力作用在 连续管的最
l
l
井液
gdz
下端
z
P
O
井口
连续油管
套管
井液
z
g lA rs
g lA all
2021/8/1
12
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
• 定向井水平井的增斜段、降斜段力学分析
– 连续管弯曲，但弯曲半径大，与软绳类似
• 连续管井中的变形状态
36
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
• 应变疲劳性能
– 应变-寿命曲线
eaEf (2N)b
paf(2N)c
管道受力分析计算
连续油管低周疲劳分析
１ 连 续 油 管 作 业 和 失 效 类 型
１ ． 连 续 油 管 作 业 机 及 井 下 作 业 １
关键 部 件 ，每次都 要受 到弯 曲和 内压 等作用 ，因 此会 产 生周期 性 的疲劳 损伤 而造成 其失 效 ，使 连 续 油管 使用 寿命 大大缩 短 。随着 连续 油管 直径 的
当连续 油管 在卷 筒和 弯 曲导 向拱 上 弯 曲及 再
次重新 变 直时 ，总会 产生 塑性 变形 。这种 塑 性变
失效 属 于典 型的低 周疲 劳问 题 ，低 周疲 劳 是连续
油管工作 寿命 的主要影 响 因素 。认 识 和预测 连 续
油管 的疲 劳 寿命情 况 ，是连 续油 管安 全 、高效 地 完 成钻 井 、修 井 和采油 等作 Ｇｕ －ｈ ｎ
（．ｔ ｌ ｉｅ ｅｅｒｈ ｎｔｕ ａｊＰ ｔ ｌｕ ｔｅＰ ｅ ｏ，ｔ． ａ ｉ ２ ０ ８ Ｓ ａｎｉＣ ｉａ １ ｅ Ｐ Ｒ ｓａｃ Ｉｓｉ ｔｏ ｏｉ ｅｒ ｅｍ Ｓｅｌ ｉ ．Ｌｄ ， ｏ １０ ，ｈ ａｘ ，ｈｎ ； Ｓｅ ｐ ｔ ｅｆＢ ｏ ｐ Ｃ Ｂ ｊ７
增大 ，用途 和应 用范 围的不 断扩 展 以及所 受 内压 的提 高 ，认 识连 续油 管 的疲 劳 寿命 问题对 于 指导 连续 油管 的现场 应用 和管 理都具 有重 要意 义 。
优 势 ，现 已广 泛应 用于 油气 田修井 、钻 井 、完井
和 测井 等 作业 ，在 油气 田勘 探与 开发 中发 挥越来 越重要 的作用 。起下井 作业 时 ，连续 油 管作 为
图 ２ 连 续 油 管 作 业 机 实 物 照 片
变形 失 效 的范 围 。
１２ ．． 断 裂 失 效 ２
连续 油 管作 业时 在井 中起 下一 回承受 两次 弯 曲循 环 ，如 图 ３５ 示 。每 次循 环 包 括 ３个 弯 曲 ［所 和拉 直 动作 （ 或称 为 ３个 弯 曲动作 ） ，因此 油 管在 井 中起 下 一 回有 ６个 弯 曲动 作 。在 下 井 操作 中 ， 当牵 引链 条 把连续 油 管拉 离卷 筒 时 ，卷筒 液 马达
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N，a，循环硬化；反之，为循环软化。
2015-3-12 36
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
• 应变疲劳性能
– 应变-寿命曲线
ea
f
E pa f (2 N )c
– 本构方程
剪切应力
K
剪切速率
稠度系数 n
流变指数
– 广义雷诺数为
Re G
v 2n d n
1 2 n 3 K 3 n
n
– fanning摩阻系数
2015-3-12
f ST
a b Re G
a
log n 3.93 50 1.75 log n b 7
2
2015-3-12
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
1. 连续管概述
• 作用：洗井；酸化、压裂；气举； 磨铣；砾石充填；封层 (注水泥, 架桥塞)；排液/完井管柱；射孔, 测井；井下作业；定向钻井；打 捞。 • 优点：作业简单，作业人员少， 费用低。搬迁快，占地小，环保， 占地面积是常规钻井的1/3。 起下时间短、减少停产时间，常 规油管的11倍。 可选择不同尺寸的油管作水力 起下钻时可以循环，封闭油管 通道。 可带压作业，对地层伤害小。 施工安全，维护方便。 可以通过大斜度井
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
(SIGMAa-SIGMAr)/SIGMAy
H 0.0808 (%) 0.00114 e(%) 0.1412
2015-3-12
R Y
21
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
5.注入头起下能力分析
• 起升与注入
– 夹持块夹持连续管 – 液压马达提供动力 – 液压油缸提供夹持压力
2015-3-12
3
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
1. 连续管概述
鹅颈导向 注入器 结构：注入器、卷筒、鹅颈导向 特点：塑性变形，存在残 余变形，椭圆度 卷筒
2015-3-12
4
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
2. 连续管流体阻力分析-井中
• 流体流动状态
– 层流
– 过渡流 – 紊流
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– 软绳模型
dFa mg cos F1c ds
= 0.01 = 0.2 = 0.1 = 0.05
-25 -20 -15 -10
4
= 0.15
接触力
(m gsin F a )2 ( F sin a )2 Fa Ficr a i a F1c 2 F r Fa Ficr a 4 EI
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
4. 连续管强度计算
• 连续管失效机理
– 爆裂，挤毁，褶皱和缩颈拉断
爆裂
2015-3-12
挤毁
19
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
• 多轴应力状态的强度
– 轴向、周向，径向应力，弯曲应力和扭转应力
e r 2 h 2 ( a b )2 - r h - r ( a b ) - h ( a b ) 3 ha 2
压力
a Fa / Ap
b M br / I Ecr
ha Tr / J p
最小屈服应力
e y
轴向力
2015-3-12
20
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
塑性铰
• 外压挤毁
– Tamano公式
1 Pest PEO PGO 2
PEO 1.08
2 2 2 r ( pidwall po D2 ) ( pi po )dwall D2 /(4r 2 )/(D2 dwall ) 2 2 2 h ( pidwall po D2 ) ( pi po )d wall D2 /(4r 2 )/(D2 d wall )
2015-3-12
27
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
– 卷绕半径减小，椭圆率增加
2015-3-12
28
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
– 剪力增大，椭圆率增加
2015-3-12
29
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
– 拉力增大，椭圆率增加
2015-3-12
30
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
井斜角
井眼的井斜率变化率 井眼的方位角变化率
正弦屈曲时，b ＝4；螺旋屈曲时b ＝8。
– 螺旋屈曲的接触力
Fa2 r F1c 4 EI
2015-3-12
Fa为连续管的轴向力
16
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
• 连续管井中的轴向力
井深/m
1500 2000 2500 3000 3500 4000
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
周志宏 长江大学机械工程学院 2014年11月1日
2015-3-12
1
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 连续管概述 连续管流体阻力分析 连续管井中力学分析 连续管强度计算 注入头起下能力分析 连续管卷绕行为分析 连续管疲劳分析
l
0 均匀变形
应变
33
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连续管受力分析起下能力及疲劳计算
• 工程应力、应变与真应力、真应变间关系
=P/A=Pl/A0l0=(P/A0)[(l0+l)/l0]=S(1+e) =ln(1+e)=ln(l /l0)=ln(A0/A）
2015-3-12
34
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
7
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
2. 连续管流体阻力分析-滚筒
• 非牛顿流体
– Dean数
r N Deg ReG R – 紊流fanning系数用下式求 b f a N Deg
0.5
2015-3-12
8
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
2. 连续管流体阻力分析-滚筒
2015-3-12
• 油井井眼轨迹
– 垂直井 – 定向井，增斜、降斜 – 水平井 增斜
0 -500 -1000 -1500 -2000 -2500 -3000 -3500 -4000 0
稳斜
50
100
150
200
250
0
200
400
600
800
1000
降斜
11
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连续管受力分析起下能力及疲劳计算
3. 连续管井中力学分析
PEO PGO 2 / 4 PEO PGO H
(SIGMAq-SIGMAr)/SIGMAy
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
2E 1 1 2 D D 2 1 t t
PGO
D 1 1 . 47 2 Y t 2 1 D D 1 t t
• 降低每次椭圆率等变形量的措施
– 减小连续管轴向拉力波动（卷绕与注入同步） – 减小剪力
2015-3-12
31
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
7. 连续管疲劳分析
• 高载荷水平
– 应力超过屈服应力
high load level low load level
0
• 低周疲劳
– 循环小于1000次 – 应变起主要作用
2015-3-12
22
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
• 注入头结构与原理
– 摩擦力~正压力 – 夹持块，两块，四 块。 – 链条的张紧
2015-3-12
23
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
• 起升与注入力
– 取决于摩擦力的大小 – 摩擦力为摩擦系数与正压力的乘积 – 接触面积大，接触应力小。
2015-3-12
24
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
6.连续管卷绕行为分析
• 卷绕有塑性变形
– 残余应力和不可恢复的变形
2015-3-12
25
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
• 卷绕有残余变形
– 壁变薄， – 椭圆率增加 – 平均直径增加
2015-3-12
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连续管受力分析起下能力及疲劳计算
– 椭圆率增加，抗外挤能力降低
为井眼的井斜角
r为连续管与井眼的间隙
正弦屈曲理论 = 2；螺旋屈曲 = 5.55
2015-3-12 15
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
– 实际井眼中螺旋屈曲的临界轴向力
2 ( b EI ) 2 2 4 Ficr m g sin F a F sin a icr i icr 2 r
-5
0
管柱轴向载荷/10 N
0
1000
= 0.1 = 0.2 = 0.05
井深/m
2000
3000
4000 -20
-15
-10
4
-5
0
2015-3-12
管柱轴向载荷/10 N
17
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
• 水平井
– 最大下深，钻头无 法加载
50000 40000 30000 20000
1n
35
连续管受力分析起下能力及疲劳计算
a
• 循环应力-应变响应
– 滞后环 hysteresis loops 在a=const的对称循环下， 应力、应变的连续变化。 N=2 100