15压力管道应力分析
压力管道应力分析
压力管道应力分析压力管道是工业生产和生活中常见的工程结构，广泛用于输送水、油、气等介质。
管道内部由于介质压力的作用而产生应力，这些应力的分析对于管道的设计和使用安全至关重要。
本文将从压力管道的应力计算方法、应力分布特点以及应力分析的影响因素等方面进行探讨。
压力管道的应力计算方法主要有两种，即薄壁理论和薄壁理论的改进方法。
薄壁理论是指在管道内径与壁厚比较大的情况下，将管道近似看作薄壁圆筒，应力集中在内径和外径处，通过简化计算得出管道内壁和外壁的应力分布。
该方法适用于绝大部分工程中的压力管道计算。
薄壁理论的改进方法包括厚壁筒薄壁环假设、都笑横断面假设等，通过考虑管道截面的几何形状以及内外径比等因素，提高了应力计算的准确性。
压力管道的应力分布特点主要有三个方面，即轴向应力、周向应力和切向应力。
轴向应力指的是管道轴线方向上的应力，主要由管道内压力和温度差引起。
周向应力指的是管道截面圆周方向上的应力，主要由内压力引起。
切向应力指的是管道截面切线方向上的应力，主要由内压力和薄壁理论简化计算引起。
在传统理论中，管道的轴向应力和周向应力一般为正值，而切向应力为零。
压力管道的应力分析受到多个因素的影响。
首先是管道的材料特性，包括材料的弹性模量、屈服强度、塑性延伸率等。
管道的材料特性直接决定了管道的耐压能力和变形能力。
其次是管道的几何形状，包括内径、外径、壁厚等。
几何形状的不同会导致管道内外径比和界面摩擦等因素的改变，进而影响应力分布。
再次是管道的工作条件，包括温度、压力等。
不同工作条件下管道内部介质的物理性质会发生变化，进而影响管道的应力分布。
最后是管道的固定和支撑方式。
固定和支撑方式的不同会引起管道的应力集中，影响管道的安全性。
为了保证压力管道的正常运行和安全性，需要进行应力分析以及补强设计。
应力分析主要通过有限元分析和解析方法进行。
有限元分析是一种常用的计算机辅助工程分析方法，通过将管道模型离散化为有限个单元，计算每个单元的应力和变形，进而得到整个管道应力分布的方法。
压力管道的弯管与直管连接结构应力分析
压力管道的弯管与直管连接结构应力分析压力管道是一种用于输送流体（包括气体和液体）的管道，通常用于工业生产和民用设施。
在实际应用中，压力管道的结构连接是非常重要的，尤其是在弯管与直管连接的结构中，其应力分析更是必不可少的工作。
本文将从理论和实际工程角度出发，对压力管道的弯管与直管连接结构进行应力分析，以期为相关领域的工程师和研究人员提供参考。
压力管道的弯管与直管连接通常有两种形式，一种是焊接连接，另一种是螺纹连接。
焊接连接是将弯管和直管的端部通过焊接工艺连接在一起，形成一个整体结构；螺纹连接则是通过螺纹将弯管和直管的端部螺纹连接在一起，需要使用密封垫片进行密封。
在实际应用中，焊接连接通常用于对密封性要求较高的场合，例如输送腐蚀性介质的管道系统；而螺纹连接则通常用于对拆卸和维护要求较高的场合，例如化工和石油行业的管道系统。
无论是焊接连接还是螺纹连接，都需要进行应力分析，以确保管道系统的安全性和稳定性。
二、弯管与直管连接结构的应力分析原理1、焊接连接的应力分析原理焊接连接是将弯管和直管的端部通过焊接工艺连接在一起，形成一个整体结构。
在应力分析中，需要考虑以下几个方面的因素：（1）接头的受力情况：焊接接头是整个管道系统中的薄弱环节，其受力情况对整个管道系统的安全性起着至关重要的作用。
在应力分析中需要对焊接接头的受力情况进行详细分析，包括受拉力、受压力和受剪力等情况。
（2）材料的选择：在焊接连接中，材料的选择对整个管道系统的稳定性和安全性具有直接影响。
在应力分析中需要考虑焊接材料的强度、韧性和耐腐蚀性等因素。
（3）焊接工艺的选择：焊接工艺对焊接接头的质量和稳定性具有重要影响。
在应力分析中需要考虑焊接工艺的选择对焊接接头的影响，包括焊接温度、焊接速度和焊接气氛等因素。
三、弯管与直管连接结构的应力分析方法1、有限元分析法有限元分析法是一种广泛应用于工程结构分析领域的数值分析方法，可以较为准确地获取结构的应力分布和受力情况。
压力管道的弯管与直管连接结构应力分析
压力管道的弯管与直管连接结构应力分析压力管道通常需要在其线路中使用曲线管来满足管线的转弯需求。
这些曲线管与直管连接起来通常需要一些特殊的结构，以确保管道在工作中能够维持其正常运行。
这篇文章将会对压力管道的弯管与直管连接结构进行应力分析，探讨其应力特点和设计原则。
首先，弯管与直管连接处的应力特点需要根据管道工作环境的不同而定。
例如，在高压和高温的环境中，管道的应力水平可能会比其他工作环境更高。
但一般来说，弯管与直管连接处的应力主要来自以下几个方面：1. 管体弯曲引起的应变应力弯管的曲率半径与管径之比决定了管体在弯曲过程中所需的应变。
应变过大会导致管体产生应变能。
当弯管与直管连接时，由于曲率半径和管径的不同，管体在连接处即产生了应变，进而形成了应力。
这种应力会在管道工作后不断累计，直至形成管体的韧性断裂。
2. 管道内部介质的压力应力弯管与直管连接处由于管径不同，液体在弯管和直管连接处的流速会变化。
这种流速的变化会导致液体在连接处产生压力应力，进而形成一种压力差，即产生流动阻力。
当管道内介质的压力水平越高时，这种应力越显著。
3. 管道的自重应力管道的自重通常也会对其弯管与直管连接处产生应力。
由于曲率半径和管径的不同，连接处的管体在弯曲或水平的工作状态下会受到重力的作用，因此产生自重应力。
根据上述应力特点，设计出一种合理和可靠的弯管与直管连接结构需要遵循以下几个原则：1. 应根据弯管的弯曲半径和直管的管径来选择适当的连接件。
连接件的设计应该满足弯管和直管的直径差异，以确保连接处的应变和应力得以分散。
合适的连接件可以确保管体的韧性，并应对连结处所产生的应力和应变有所缓解。
适当的连接件还可以改善管体的流动特性，并降低压力差。
2. 连接件的安装位置及其环境应符合相关的标准和要求。
连接件应安装到充分的标准上，选取合适的材料和工艺。
同时，安装环境也应满足相关的要求，如适当的温度和湿度。
任何其他环境条件的不合规都会导致连接件安装不稳定。
关于压力管道的应力分析
关于压力管道的应力分析【摘要】压力管道的应力问题在管道检验过程中都会涉及到的，由于压力管道应力的分析和计算过程都要求相对高的技术，这对于检验技术人员来说是很难完成的。
因此，本文着重对压力管道应力分析的内容、应力特征、应力分类以及校核准则进行了论述，以便于为分析人员提供了有效的理论依据。
【关键词】压力管道应力分析一次应力二次应力压力管道的应力影响着压力管道在安装后的安全使用，所以进行应力分析是很有必要的，压力管道应力分析的内容相对较多，主要体现在以下几个方面。
2 压力管道应力分析的特征压力管道在应力分析过程中还不够严谨，其中还存在着一些缺陷，其主要原因是因为压力管道应力由历史根源所造成的校核准则存在不足，但压力管道应力分析有着自身的特点，主要体现在以下几个方面：（1）在压力管道的应力分析之中，没有考虑管道的薄膜应力和局部弯曲应力，从而导致一次应力中没有对一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力和一次弯曲应力进行细分；在一次应力校核准则中往往忽视了对一次弯曲应力和一次局部薄膜应力进行校核，而只对一次总体薄膜应力进行了校核。
（2）计算一次应力主要是为了避免管道在安装的时候承受不住压力而塌下来。
计算二次应力是为了防止管道在发生热变形之后是否会出现问题，通过二次应力计算管道是否发生偏移、移位，并防止并排管道所产生的相互影响。
（3）二次应力校核具有着自身的操作方式，最主要是针对其结构的安定性，只需满足结构安定性条件，就可以避免压力管道产生低周疲劳。
（4）一次应力校核主要是校核压力管道的纵向应力，其最主要的特点是不遵循剪应力理论，二次应力校核虽然遵循的是最大剪应力，但其计算应力过程中不会计算管道轴向立，只考虑管道弯矩和扭矩的作用。
3 压力管道的应力分类及校核准则压力管道与压力容器有所不同，对于不同的管道根据管道自身的特点都有着不同的校核准则，由于压力管道的应力分析主要侧重于对管系整体的分析，而压力容器的应力分析主要是对局部进行详细的分析，两者在应力分类的方法和校核准则上都存在着较大的差异。
压力管道应力分析部分
压力管道应力分析部分第一章任务与职责1.管道柔性设计的任务压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况；1)因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏；2)管道接头处泄漏；3)管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行；4)管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏；2.压力管道柔性设计常用标准和规范1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》10)GB 150-1998《钢制压力容器》3.专业职责1) 应力分析(静力分析动力分析）2) 对重要管线的壁厚进行计算3) 对动设备管口受力进行校核计算4) 特殊管架设计4.工作程序1) 工程规定2) 管道的基本情况3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计5) L型 U型管系可采用图表法进行应力分析6) 立体管系可采用公式法进行应力分析7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道8) 采用CAESAR II 进行应力分析9) 调整设备布置和管道布置10)设置、调整支吊架11)设置、调整补偿器12)评定管道应力13)评定设备接口受力14)编制设计文件15)施工现场技术服务5.工程规定1) 适用范围2) 概述3) 设计采用的标准、规范及版本4) 温度、压力等计算条件的确定5) 分析中需要考虑的荷载及计算方法6) 应用的计算软件7) 需要进行详细应力分析的管道类别8) 管道应力的安全评定条件9) 机器设备的允许受力条件（或遵循的标准）10)防止法兰泄漏的条件11)膨胀节、弹簧等特殊元件的选用要求12)业主的特殊要求13)计算中的专门问题（如摩擦力、冷紧等的处理方法）14)不同专业间的接口关系15)环境设计荷载16)其它要求第二章压力管道柔性设计1.管道的基础条件包括：介质温度压力管径壁厚材质荷载端点位移等。
压力管道应力分析的内容及特点
压力管道应力分析的内容及特点关键词：压力管道；应力分析；内容特点引言：如今工业中对于压力管道的需求量在不断增加，并且如今大量的工业运输以及承载都需要用到工业管道来作为支撑。
这类管道的应用同样能够为整体工业作业提供重要的保障和保护，同时还能够提升整体工程的有效性和安全性。
但是压力管道想要良好进行工作就必须对其进行外界温度、压力以及湿度等一系列因素的考验，只有通过这些考验以及能够承受住足够压力的管道才能够投入到实际使用中。
一、管道应力分析（一）一次应力在管道应力进行分析的过程中，一次应力通常指的是一些外界因素所带来的负荷以及负载，其中包括了管道所承受的重力、内压以及风载等一系列因素产生的剪应力以及正应力。
这两种应力通常会因为其自身的特点以及特性导致了容易与外加负载形成平衡关系，但是达成了平衡关系之后外加应力并不会取消或者停止，反而还会继续增加，若是外加应力逐渐增加并且达到了一个很大的值之后就会超过材料自身所拥有的屈服极限，管道就容易受到影响从而造成了破坏，管道总体也就随之出现了破坏。
相关工作人员应当能够对一次应力进行良好的控制，在进行管道设计时就应当提前给应力留出足够的预留空间，通过这样的方式来帮助整体管道不会出现过度塑性而造成的破坏或者失效。
同时，一次应力的校核也应当结合具体的弹性分析以及极限分析等一系列要求进行处理，通过处理之后才能够准确地对一次应力进行计算，从而将其进行控制。
如图1所示。
图1一次应力受力变形曲线（二）二次应力二次应力相比较于一次应力来说会更加直接，这类应力通常都是来自于对应的热胀冷缩或者其他位移受到约束而造成的剪应力和正应力，其自身具备一个无法和外力之间构成平衡关系的特点，因此其自身也就具备了非常明显的自限性特征[1]。
基本来说材料自身会因为材料以及质量从而具备对应的屈服值，若是二次应力导致了管道的荷载超过了这种屈服极限值之后就容易对管道局部造成变形一类的影响。
这时候相关人员应当对应力重新进行分布和规划，让材料应变能够达到自均衡的要求。
压力管道局部应力分析
I.
采用有限元法对特殊管件进行分析，得到应力集中系数；
II. 应力增大系数等于应力集中系数的一半。
应力增大系数应用的注意事项！
根据GB 50316、ASME B31.1和ASME B31.3的规定，计算二次应力时应 采用应力增大系数。这是由于采用应力增大系数的目的，是考虑局部应力 集中的影响，而局部应力集中主要对管件的疲劳破坏产生作用。因为局部 的高应力循环，将使材料产生裂纹并不断扩展，最终导致破坏。校核二次 应力的目的正是为了防止疲劳破坏，因此在计算二次应力时必须考虑应力 集中的影响，应该采用应力增大系数。另外，根据ASME B31.3的标准释 义，计算一次应力可不考虑应力增大系数。这主要是因为校核一次应力是 为了控制管道的整体破坏，局部的应力集中对管道的整体破坏影响不大。 另外一次应力采用弹性分析方法，认为某一点达到屈服管道失效，已经非 常保守，如果在考虑应力集中的影响将导致过分保守。
l 为了能够表示出WRC107、297计算的误差，使用有 限元分析软件(NozzlePro/FEpipe)来进行对比计算。
l 有限元法严格按照理论分析方法，结合ASME Ⅷ-2 中的应力分类来对特定结构进行应力计算，当满足 理想化假设条件时，其结果与真实应力十分接近， 并且有限元分析法不受任何几何条件的限制，计算 精度与网格划分的疏密程度相关。
可以提高至0.6
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压力管道局部应力分析
WRC107应用范围及限制条件
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压力管道局部应力分析
WRC107应用范围及限制条件
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压力管道局部应力分析
WRC297应用范围及限制条件
l WRC297继承了WRC107的一些限制条件，另外，当连接区 域的接管壁厚小于补强壁厚时，其局部应力计算值可能过于 保守
压力管道应力动态分析理论
02 压力管道应力动态分析理 论基础
材料力学基础
材料力学是研究材料在各种力和力矩 作用下的应力和应变行为的科学。它 为压力管道应力动态分析提供了基本 原理和计算方法，包括材料的弹性模 量、泊松比、剪切模量等参数的确定。
VS
材料力学还涉及到材料的强度理论， 例如最大剪应力理论、最大伸长线应 变理论和能量理论等，这些理论为压 力管道的强度设计和校核提供了依据。
意义
通过应力分析，可以优化管道设计，降低制造成本，提高设备运行效率，保障人员和财产安全。
应力分析的方法和步骤
方法
常用的应力分析方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等数值分析方法，以及基于力学理论的解 析法。
步骤
应力分析通常包括前处理、求解和后处理三个步骤。前处理阶段涉及建立模型、设定边界条件和载荷 等；求解阶段通过数值方法计算管道应力；后处理阶段则是对计算结果进行评估和优化。
04 压力管道应力动态分析理 论与其他理论的关联
与流体力学理论的关联
流体力学理论在压力管道应力动态分析中起 着重要作用，特别是在流体流动和压力分布 的计算方面。流体的动力学和热力学性质对 管道中的应力分布和疲劳寿命有显著影响。
压力管道中的流体流动可能导致管道产生振 动和应力集中，这些因素进一步影响管道的 稳定性和安全性。流体力学理论提供了流体 动力学和热力学的基本原理，有助于预测和
压力管道应力分析的未来发展方向
方向1
随着数值计算技术和计算机技术的不断发展，未来应力分析将更加精确和高效，能够更 好地模拟管道的实际运行工况。
方向2
随着新材料和新工艺的不断涌现，未来管道材料的性能将更加优异，能够满足更高压力 和温度的要求。
方向3
随着智能化和远程监控技术的发展，未来管道应力分析将更加智能化和远程化，能够实 现实时监测和预警，提高管道运行的安全性和可靠性。
压力管道应力分析的内容及特点研究
压力管道应力分析的内容及特点研究摘要：伴随我国社会经济的飞速发展，有效带动了社会各个领域的进步，对于管道工程而言亦是如此。
就当下而言，管道在人们的生活中随处可见，所以，其已经成为当下社会的重要构成，因此，管道工程质量便越发受到人们的关注，特别是压力管道，其对于人们的生产生活有着极大影响，基于此，针对压力管道应力分析的内容及特点展开研究极为必要，这不仅能够使压力管道更好地服务人类，同时也能为相关领域探究提供一些参考和借鉴之处。
关键词：压力管道；应力；内容；特点伴随科学技术的不断发展进步，人们的生产生活对于压力管道的应用越发频繁。
对于压力管道而言，其属于一种运输以及承载方式，其能够给予一些工作的有效开展提供有效监管以及保护。
压力管道不仅要受到外部环境的影响，例如：空气压力和温度以及湿度等，同时还要承受内部流通物质所带来的压力，所以其需要承受双重压力，在双重压力的作用下还要保障相关工作开展的安全性，可以压力管道的作用。
一、压力管道的工作原理对于压力管道的工作原理而言，其是极为复杂的，不仅要经受内在和外在所带来的压力，同时还要在双重压力下正常开展工作。
压力管道的输送功能不会对材料的性质予以限制，可以依靠科学合理的流量控制来实现材料的融合，并有效开展分离工作，进行科学的排出以及运送，实现对材料整体流量控制的保障。
压力管道的工作原理是较为繁杂的，每一个环节都要经受严格控制，由输送管道来进行流通，并由阀门来展开控制工作，各个节点都要保障没有老化的胶垫以及螺栓来展开有关封闭保护工作。
在进行流通时，要保障管道的各个环节都能实现相互作用，唯有如此才能实现对管道内外压力的有效控制，从而预防管道破裂的问题产生。
由于压力管道属于一条较为系统的生产线，所以其特点也较为鲜明。
基于管道的连接性，就决定了压力管道的功能是拥有相互作用力的，不管哪一个节点有问题生成，都会造成压力管道无法正常工作或是工作质量下降。
压力管道处于长链接的状态，不仅如此，其也没有多余的空间来进行使用。
压力钢管安全鉴定的应力分析与强度计算
压力钢管安全鉴定的应力分析与强度计算压力钢管作为一种用于输送气体或液体的重要管道设备，其安全鉴定对于保障工业生产和人员安全至关重要。
在进行安全鉴定时，应力分析和强度计算是必不可少的步骤。
本文将针对压力钢管的应力分析和强度计算进行探讨。
一、应力分析1.1 弹性应力分析弹性应力分析通过对压力钢管所受力的计算，确定其在工作条件下的应力状态。
弹性应力可以分为轴向应力、周向应力和切向应力。
轴向应力是指压力钢管在管轴方向上受到的拉伸或压缩作用产生的应力。
其计算公式为：σz = (P * D) / (2 * t)其中，σz表示轴向应力，P表示管内的压力，D表示管道的直径，t 表示管壁的厚度。
周向应力是指在管壁厚度方向上产生的应力。
其计算公式为：σθ = (P * D) / (4 * t)切向应力是指在周向应力方向上的切应力。
其计算公式为：τ = (P * D) / (2 * t)1.2 塑性应力分析当压力钢管的应力超过弹性极限时，塑性应力开始发挥作用。
塑性应力分析需要考虑材料的屈服强度、变形硬化指数等因素。
塑性应力的计算涉及到材料的本构关系，常用的本构关系有屈服准则、应变硬化准则等。
根据材料的特性和具体情况，可以选取适合的本构关系进行计算。
二、强度计算2.1 材料的强度计算压力钢管的强度计算主要涉及材料的屈服强度和破坏强度。
屈服强度是指在材料屈服时承受的最大应力，破坏强度是指材料在极限状态下承受的最大应力。
通常采用屈服准则或破坏准则进行强度计算。
常用的屈服准则有von Mises准则、Tresca准则等，常用的破坏准则有最大应力准则、最大应变准则等。
2.2 结构的强度计算压力钢管的结构强度计算需要考虑管道本身的结构特点和外部载荷等因素。
常用的计算方法有弹性理论法、有限元法等。
弹性理论法是一种简化的计算方法，适用于结构相对简单、载荷较小的情况。
有限元法是一种更为精确的计算方法，可以考虑更复杂的结构和不同的载荷条件。
压力管道应力分析
压力管道应力分析引言压力管道作为输送流体的重要管线，承受的压力和温度都是极高的。
这样就会导致管道中的应力和变形问题，从而产生一定的安全隐患。
因此，对于压力管道的应力分析就显得尤为重要。
压力管道的应力压力管道在运行过程中，会受到各种力的作用，如内压、重力、支架反力、温度等，这些力作用在管道上，就会造成管道内部的应力，如轴向应力、周向应力、径向应力等。
•轴向应力轴向应力是指管道轴向方向的应力，通常是指由流体作用产生的内压力和拉力两部分的影响。
在管道内部，如果内压力太大，轴向应力就会增大，会导致管道的卡铁暴力现象。
•周向应力周向应力是指管道周向方向的应力，主要受到流体和温度两个因素的影响。
当管道内部温度升高，周向应力也会随之升高，如果超过极限值，就可能导致管道的破裂。
•径向应力径向应力是指与管道中心轴线垂直方向的应力，通常是由于弯曲、扭转等变形所引起的。
如果弯曲半径过小或者存在缺陷，就会导致径向应力过大，从而容易引起管道的破裂。
压力管道应力分析压力管道应力分析是针对管道内各种应力进行综合分析的过程。
在分析的过程中，通常需要采用有限元分析等方法，通过建立合适的数学模型和计算，得出管道内部的应力情况和强度，并评估管道是否存在危险的可能性。
在进行应力分析时，一般需要考虑以下几个方面。
1. 材料力学性能材料力学性能直接影响管道的使用寿命和安全性。
因此，对于材料的强度、韧性、塑性等性能参数，都需要进行准确的测定和分析。
常见的材料包括石墨、钢铁、铝合金等。
2. 工况分析针对不同的工况，管道所受的力也会不同。
因此，在进行应力分析之前，需要准确确定工况参数，如内压、外界温度等，以便进行有针对性的分析。
3. 有限元分析有限元分析是应用计算机模拟技术，将管道模型分割成有限个小模型，通过对小模型的计算和组合，分析管道内部的应力和强度分布。
这种方法可以更直观地了解管道内部应力的变化情况，有效评估管道的安全性和强度。
压力管道应力分析是管道设计和使用过程中必不可少的环节。
压力管道应力分析的内容及特点
压力管道应力分析的内容及特点压力管道的应用范围非常广并且应用场所都比较重要，压力管道主要扮演着运输介质物料的角色，主要应用在石油化工、天然气体、电力工程、冶金工程等重要大型建设工程中，运输或供给原料满足某种需求。
压力管道在整个管道系统和外界环境因素的影响下应具有足够的柔性来克服管道因热胀冷缩、端点位移、管道支承设置不当等原因造成的问题，也会受到流体的流动因素影响，这就增加了应力分析的复杂度，压力管道的应力分析必须将管道实际运行的情况尽可能的模拟准确才能得到接近实际的正确的分析结果。
标签：压力管道；应力；内容；特点一、管道应力分类（一）一次应力所谓一次应力过大是指由于外力荷载，如重力或压力等持续性荷载所引起的危害，它与外加载荷有一个平衡关系，会随着外加载荷的递增而递增，且不会由于达到相应材料的屈服点而自身实施限制，所以有一定的非自限性，除此之外，若是一次应力大于屈服点时其所产生管道的变形也非常明显，因此，需加强一次应力的控制，使一次应力小于许用应力值，以防止过度的塑性变形导致管道的破裂垮塌。
一次总体薄膜应力、一次弯曲应力和一次局部薄膜应力都属于一次应力的分类。
一次总体薄膜应力是指由于内压所引起的管道环向应力和轴向应力，拉伸或者压缩杆件所产生的应力。
一次弯曲应力是指沿厚度线性分布的应力，它在内表面和外表面上大小一样且方向相反。
一次弯曲应力的许用应力可以比总体薄膜应力高。
在管道支撑处或者管道与支管连接处由于外载所产生的薄膜应力可划分为一次局部薄膜应力。
（二）二次应力二次应力由热胀、冷缩和端点位移引起的，是指由于变形和其他相邻部件受到约束所引起的正应力或剪应力。
二次应力的效果通常不是平衡外荷载，而是在结构中受到相应荷载时变形所使得应力获得一定的缓解，因为二次应力自限性的特点，使它比一次应力更危险，受到更严格的限制。
（三）峰值应力峰值应力主要是因为荷载以及结构产生突然变化使得局部应力较为集中的最高值，其主要特点就是不会产生较明显的变形，并且在很短的距离之内其根源衰减，是一种引起疲劳破坏或脆性断裂的可能根源。
压力管道应力分析的内容及特点研究
压力管道应力分析的内容及特点研究摘要：压力管道广泛应用于石油化工、天然气等行业的物料输送过程中，起着非常重要的作用，可以保证原材料和产品的正常运输。
压力管道在运行过程中，其受力状况会受到多种因素的影响，包括管道系统内部因素和外部环境因素。
如果要分析压力管道的受力情况，必须准确掌握压力管道的实际运行状态，以获得更准确的分析结果。
关键词:压力管道;应力分析;内容;特点研究1 管道应力分类管道应力是压力管道使用中需要考虑的关键问题。
在分析压力管道的应力之前，有必要对压力管道的应力进行相应的分类。
从我国压力管道的使用情况来看，管道的压力可分为以下几类。
1.1主要压力初应力是指管道在内外压力、重力、冲击载荷、风载荷等因素作用下产生的剪应力或法向应力。
主应力是压力管道经常承受的应力，它具有以下特点：当外部荷载增加时，主应力也会增加，与外部荷载呈平衡关系，没有自限性。
如果主应力值超过管道材料的承载范围，管道中使用的材料不能满足要求，就会发生一定的变形，导致管道损坏。
因此，必要的控制措施非常重要。
必须确保管道材料不会发生任何物理变化，并且管道在一定压力下仍能保持有效形状而不受损。
需要根据极限分析条件和弹性分析条件检查主应力。
一次性应力可分为：（1）膜应力，即沿管道横截面均匀分布的应力；（2）一次整体膜应力，影响管道的整体结构；（3）原发性局部膜应力。
一般来说，一次局部膜应力略大于整体膜应力；（4）主要弯曲应力由管道内部压力或其他接地载荷引起。
一次弯曲管道应力是沿管道厚度线性变化的应力。
1.2二次应力二次应力是指管道在外部温度和内部压力的变化下发生热膨胀、冷缩或其他位移的现象，以及在此过程中产生的剪应力和法向应力。
与一次应力相比，二次应力对管道材料的要求更高，需要使用更好的管道材料来应对二次应力对管道的影响。
一般来说，如果管道材料具有良好的塑性，则管道仅在第一次施工荷载下不会受损。
为了提高管道的承载能力，需要结合管道的具体要求，从技术参数的角度进行相应的设计，以防止管道在使用过程中产生过大的二次应力问题。
压力管道审核管道应力分析和柔性设计
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)。
压力管道审核管道应力分析和柔性设 计
C、动力分析要点
计
三、工程设计阶段管道应力分析专业的任务
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)； (2) 参加设备布置工作；
(3) 对主要管线的走向进行应力分析和评定。
压力管道审核管道应力分析和柔性设 计
2、详细设计阶段
⑴ 修订（升版）工程设计规定(应力分析、管架设计)
压力管道审核管道应力分析和柔性设 计
10、ASME/ANSI B31.3 Process Piping 11、ASME/ANSI B31.4 Liquid Transmission and
Distribution piping systems 12、ASME/ANSI B31.8 Gas Transmission and Distribution piping systems 13、API610 -- 离心泵 14、NEMA SM23 -- 透平 15、API617 -- 离心式压缩机 16、API618 -- 往复式压缩机 17、API661 -- 空冷器 18、ANSI/B31.1、APIRP520 -- 安全阀、爆破膜 压力管道审核管道应力分析和柔性设
(6)限位架 2 限制性管架
(7)轴向限位架
用于限制任一方向线位移的场合； 用于限制管道轴向线位移的场合；
(8)导向架 3 减振支架 (9)减振器
用于允许有管道轴向位移，但不允 许有横向位移的场合
压力管道应力分析
• • • • • • • • • • •
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。
压力管道应力分析内容及特点
压力管道应力分析的内容及特点【摘要】：本文概括论述了压力管道应力分析的内容和任务，并对压力管道安全评定的特点进行了说明。
【关键词】：压力管道应力分析1.引言压力、重力、风、地震、压力脉动、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。
2. 管道应力分析的任务2.1 管道静力分析的任务管道静力分析需要完成的任务：（1）计算管道的应力并使之满足标准规范的要求，保证管道自身的安全（包括防止法兰泄漏）；（2）计算管道对与其相连的设备的作用力，并使之满足标准规范的要求；（3）计算管道对支吊架和土建结构的作用力，为支吊架和土建结构的设计提供依据；（4）计算管道位移，防止位移过大造成支架脱落或管道碰撞，并为弹簧支吊架的选用提供依据。
2.2 管道动力分析的任务管道动力分析需要完成的任务：（1）管道的地震分析，防止管道在地震中发生破坏；（2）往复压缩机和往复泵管道的固有频率和振型分析，防止管道系统发生机械共振；（3）往复压缩机管道气体压力脉动分析，避免气柱共振和压力脉动过大，从而防止管道振动过大；（4）水锤、安全阀泄放荷载和两相流所产生的支架荷载计算，为支架和土建结构的设计提供依据。
在进行上述分析的过程中，应该根据实际情况不断对管道布置和支吊架的设置加以修改，在满足安全性的前提下，力求得到最优化的结果。
3.压力管道安全评定的方法3.1 静设备的允许荷载（1）管道作用于容器设备管口的荷载不应超过设备制造商或设备专业规定的允许值，（2）管道作用于工业炉管口的荷载不应超过工业炉制造商或工业炉专业规定的允许值，3.2 转动机器的允许荷载管道作用于转动机器管口的荷载不应超过机器制造商或机械专业规定的允许值，当制造商或机械专业无数据时，可参考相关标准进行核算（1）离心泵管口的允许荷载可参考api 610的规定；（2）汽轮机管口的允许荷载可参考nema sm23的规定；（3）离心压缩机管口的允许荷载可参考api 617的规定；（4）螺杆式压缩机管口的允许荷载可参考api 619的规定。
压力管道应力分析_图文
管道元件变形的几种基本形式:
⑴ 拉伸和压缩 ⑵ 剪切 • 对于塑性材料：[τ]=(0.6~0.8)[σ] • 对于脆性材料：[τ]=(0.6~1.0)[σ] ⑶ 扭转 • [τ]=(0.5~0.6)[σ] ⑷ 弯曲 • уman≤[f] [f]为工程上规定的许用绕度值
。
承受内压管子的强度计算
1、管子壁厚计算 承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确
• 上式即为管道中二次应力强度条件判定 式，它已被众多的压力管道设计规范如 ANSI B31.3、SHJ41所引用。
压力管道的强度计算:
• 基本概念： ⑴ 设计压力 ⑵ 设计温度 ⑶ 材料的许用应力 ⑷ 厚度附加量 ⑸ 焊缝系数 ⑹ 设计寿命 ⑺ 计算厚度
⑻ 设计厚度 ⑼ 名义厚度 ⑽ 有效厚度
②对简单的L形、∏形、Z形等管道，可采 用表格法、图解法等验算，但所采用的 表和图必须是经过计算验证的；
③无分支管道或管系的局部作为计算机柔 性计算前的初步判断时，可采用简化的 分析方法。
2、SH/T3041《石油化工管道柔性设计规 定》中的规定：
⑴ 操作温度大于400℃或小于－50℃ ⑵ 进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道 ⑶ 进出反应器的高温管道； ⑷ 进出汽轮机的蒸汽管道； ⑸ 进出离心式压缩机、往复式压缩机的工
一般连续敷设的管道允许跨距L应按三跨连续梁承受 均布载荷时的刚度条件计算
（1）刚度条件
（装置内）
（装置外）
装置内：管道固有频率不低于4Hz； 装置外：管道固有频率不低于2.55Hz。
（2）强度条件
（不考虑内压）
（考虑内压）
取L1和L2两者之间的小值。
• 为了便于快速直接得到管道的允许跨距一 些书、手册列出了根据上述方法计算得到 的连续敷设管道的允许跨距。如《石油化 工装置工艺管道安装设计手册》。
压力管道强度及应力分析
压力管道强度及应力分析压力管道是指承受流体压力作用的管道系统，常用于输送液体或气体。
压力管道的设计必须考虑到管道系统的强度，以确保管道在工作条件下能够安全运行。
强度分析是对管道系统在受压状态下的力学性能进行评估和计算，包括应力分析和应变分析。
压力管道的强度分析主要涉及以下几个方面：1.管道的内压应力分析：管道容易在受到内部压力作用时发生脆性断裂。
内压应力是指管道承受的内部压力产生的应力，应力分布是管道内径和壁厚决定的。
内压应力的计算可以使用薄壁管道的公式，也可以使用粗壁管道的公式，根据实际情况选择适当的公式进行计算。
2.管道的外压应力分析：外压应力是指管道受到外界压力，如土壤或混凝土的压力而产生的应力。
外压应力会降低管道的承载能力，因此在设计时必须考虑外压应力的影响。
外压应力的计算可以通过考虑管道埋深和周围土壤或混凝土的性质来进行。
3.管道的弯曲应力分析：管道经过弯曲时会产生弯曲应力。
弯曲应力的大小与管道的弯曲半径、管道材料的弹性模量以及弯曲角度有关。
弯曲应力的计算可以通过应变能方法或力平衡方法进行。
4.管道的轴向应力分析：管道在拉伸或压缩作用下会产生轴向应力。
轴向应力与管道的拉伸或压缩变形有关，可以通过应变能方法或力平衡方法进行计算。
5.管道的剪切应力分析：管道在复杂受力状态下，如弯曲、拉伸和压缩同时作用时，会产生剪切应力。
剪切应力的计算可以通过静力平衡方程和应变能方法进行。
在进行强度分析时，需要确定管道的材料性质、管道几何尺寸和外界加载条件。
常用的材料性质包括弹性模量、泊松比和屈服强度等。
管道几何尺寸包括管道内径、壁厚和长度等。
外界加载条件包括内部压力、外部压力和温度等。
强度分析的目的是确定管道是否能够安全承受设计条件下的压力载荷，并提供合适的设计指导。
在进行强度分析时，需要进行应力和应变的计算，并与管道材料的极限强度进行比较，以评估管道的安全性。
综上所述，压力管道的强度分析是一个复杂的过程，涉及多个力学参数和设计标准。
压力管道应力分析的内容及特点研究
一、管道应力分析方法1.管道静态分析管道静态分析是指管道受静载荷作用下的受力分析，包括重力载荷（管道自身、保温及管道内介质重量）、压力载荷（管道介质压力）、管道偶然载荷（风、浪等作用）及位移载荷（管道热应力及附加移位作用）。
管道静力划分为一次应力、二次应力及偶然应力。
以上三种应力一般称为规范应力。
一次应力：由于压力、重力及其他外力载荷的作用产生的应力，它是平衡外力载荷所需的应力，随外力载荷的增加而增加。
一次应力的特点是无自限性，即当管道内的塑性区扩展达到极限状态，使之变成几何可变机构时，即使外力载荷不再增加，管道仍将产生不可限制的塑性流动，直至破坏。
2.管道动态分析管道动态分析是指管道受动载荷作用下的受力分析，动载荷指随着时间迅速变化的载荷，管道系统不足以瞬间将其分散，产生不平衡载荷，使管道发生运动。
其中包括地震、水锤、气锤、振动、安全阀泄放反力等。
动态分析的内容包括：管道固有频率分析，冲击载荷作用下的管道应力分析，管道强迫振动响应分析，往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析及往复压缩机（泵）脉动分析。
往复压缩机（泵）的相关分析是为了防止气柱共振和控制压力脉动，防止造成系统共振，此项工作一般由压缩机（泵）厂家进行计算校核。
管道固有频率分析目的是防止管道系统的共振，管道系统的固有频率往往要避开设备的运行频率以免发生共振，一般而言频率高的管道不易发生振动，使管道固有频率高于某个值，以达到不发生共振的条件。
二、管道应力分析内容1.设备管口载荷评估在设备校核过程中，按校核方法分为静设备和动设备。
对于静设备，当管道的作用力过大时，会造成设备管口变形、法兰泄漏，通常做法是对不同温压等级的设备管口规定相应的许用载荷，分析过程中计算荷载不超过许用荷载。
对于动设备，当管道反力过大时，会造成转动设备转子不对中、转子与定子之间间隙过大、设备振动磨损、噪音过大等问题。
常见的动设备有汽轮机、离心泵、压缩机及透平，其管口校核应遵循相关标准或制造商标准，校核内容相对静设备会更复杂，不仅有管口受力及力矩的校核，还包含进出口的联合校核。
15.压力管道应力分析详解
压力管道的强度计算
参数确定
焊缝系数φ
无缝管φ=1.0; 单面焊接的螺旋线钢管φ=0.6; 纵缝焊接钢管：
双面焊的全焊透对接焊缝： 100%无损探伤，φ=1.0； 局部无损探伤，φ=0.85。 单面焊的对接焊缝，沿焊缝根部全长具有垫板： 100%无损探伤，φ=0.9； 局部无损探伤，φ=0.8。
自限性载荷（属静力载荷） 由于管道结构变形受约束所产生的载荷，不直接与外部 载荷平衡，当管道材料塑性较好时，其最大值限定在一定范 围内，不会无限制增大的载荷。 如管道温度变化产生的热载荷；结构曲率发生突变处附 近的边缘应力等 非自限性载荷（属静力载荷） 直接由外部作用的外力载荷。如介质压力、管道自重等
安定性
结构在载荷（包括热负荷）反复变化的过程中，不再发生 塑性变形的连续循环
安定性准则
由于塑性材料具有二次应力的局部性和自限性，控制结构 在运行中不发生疲劳破坏，使结构保持安定，而限定二次
应力范围的方法
一般压力管道应力许用值的限定
一次应力的限定
内压作用下 t 内压轴向力和持续外载作用下 zhl r 二次应力的限定 t 一次应力加二次应力 1.25 f
一次总体薄膜应力（Pm）
它是管道的基本应力，分布在整个管道上，在管道的截面 上是均匀分布的。如内压力引起的管道环向应力和轴向应力 一次弯曲应力（Pb） 这个应力在管道的很大区域内分布，在管道截面上的分布是 沿厚度变化的，呈线性分布。这种应力达到屈服时，只是局部 屈服，如果继续加载，应力在管道截面上的分布重新调整，允 许比一次总体薄膜应力具有较高的许用应力。 如由于管道的自重和机械载荷引起管道的弯曲变形产生的 弯曲应力等 一次局部薄膜应力（Pl） 由于压力或机械载荷引起的分布在局部范围内的薄膜应力。 这种应力达到屈服时，由于材料的塑性变形，也只引起局部屈 服，周围仍受到弹性材料的约束，允许在局部区域内产生屈服。 如管道支架处或管道接管连接处产生的应力
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x C
Mxy B Px
方向的位移和转角均为零，而
y
在温差作用情况下，在x方向 Px A 的位移为横管的伸缩量Δb，
在y方向的位移为竖管的Δa， Mxy Py
无角度变化。为保证与实际位移一致，在支座反力的作
用下，应产生与以上位移大小相等，方向相反的位移。
在支座反力的作用下在平面内产生的位移和转角应满足
❖ 活载荷 临时作用于管道上的载荷，如风载荷、地震载荷等
▪按载荷是否随时间变化分类
❖ 静力载荷 缓慢、无振动地加到管道上的载荷，大小和位置均与时间无 关，或极为缓慢地变化，惯性力很小可略去不计的载荷。
❖ 动力载荷 随时间迅速变化的载荷，使管道产生显著的运动，必须考虑 惯性力的影响。如管道的振动、阀门突然关闭时的压力冲击、 地震等
▪ 壁厚附加量C=C1+C2
❖ 无缝弯管壁厚负偏差C1按下式计算：
5 C1 100 S1
❖ 钢板或钢带焊制管的壁厚负偏差C1：壁厚≤5.5㎜， C1=0.5㎜；壁厚≤7㎜，C1=0.6㎜；壁厚≤25㎜， C1=0.8㎜。
❖ 介质对管子的腐蚀速度＜0.05㎜/a，单面腐蚀 C2=1～1.5㎜，双面腐蚀C2=2～2.5㎜。
❖ 热应力概念
▪ 示例 给一个例子说明热应力的影响，管材为Q235A，φ159×4.5，操作温度100 ℃ ，安装温度 为0 ℃，其热膨胀系数为12.2×10-6/ ℃，弹性 模量为2.0×105MPa，代入上面热应力计算式， 计算结果其热应力为244MPa，产生的管端推 力为529480N。
压力管道的热应力分析
修正的方法计算，即
S1w
S11
Dw 4R
S1w
PDw
2 t •
P
1
Dw 4R
压力管道的强度计算
❖ 弯管壁厚计算
由于弯曲使横截面变得不圆，内外侧面壁厚变化，对应 力分布产生影响，为了使上面壁厚计算式的计算值能保 证管道安全，下式定义的最大外径与最小外径的差值Tu， 必须限制在规定范围内
Tu
如由于管道的自重和机械载荷引起管道的弯曲变形产生的 弯曲应力等
❖一次局部薄膜应力（Pl） 由于压力或机械载荷引起的分布在局部范围内的薄膜应力。
这种应力达到屈服时，由于材料的塑性变形，也只引起局部屈 服，周围仍受到弹性材料的约束，允许在局部区域内产生屈服。 如管道支架处或管道接管连接处产生的应力
二次应力（Q） 由于管道变形受约束而产生的正应力或剪应力，
S1d
S1Z
dw Dw
焊制三通的长度一般为3.5倍管
子外径；高度取1.7倍外径
压力管道的强度计算
❖ 异径管壁厚计算
按锥壳大端的应力分析进行计算 式：
S1t
2 cos
PDn
t •
0.006P
半锥角不得大于30°，且半锥角 和P/（[σ]tφ）的关系，不得超过 下表所列的数值，中间值可内插
求取
▪按载荷的作用性质分类
❖ 自限性载荷（属静力载荷） 由于管道结构变形受约束所产生的载荷，不直接与外部
载荷平衡，当管道材料塑性较好时，其最大值限定在一定范 围内，不会无限制增大的载荷。
如管道温度变化产生的热载荷；结构曲率发生突变处附 近的边缘应力等
❖ 非自限性载荷（属静力载荷） 直接由外部作用的外力载荷。如介质压力、管道自重等
下式：
压力管道的热应力分析
❖ 管道热应力计算 Px • xx Py • xy M xy • xm x b
Px • yx Py • yy M xy • ym y a
▪ 多节斜接弯头
上式中的R1值必须满足下列条
件：
R1
A
tg
Dw 2
式中A值由管子壁厚S1决定， 见下表：
S1 (mm) ≤12.7
12.7~22.5 ≥22.5
A (mm) 25.4 2S1
(2 S1/3)+29.7
压力管道的强度计算
❖ 焊接弯头的强度计算
▪ 单节斜接弯头
当θ≤22.5°时的单斜接弯头相 同。当θ>22.5°时，单节斜接 弯头的最大容许压力用下式计 算：
压力管道的强度计算
❖ 参数确定
▪ 焊缝系数φ
❖ 无缝管φ=1.0; ❖ 单面焊接的螺旋线钢管φ=0.6; ❖ 纵缝焊接钢管：
▪ 双面焊的全焊透对接焊缝： ❖ 100%无损探伤，φ=1.0； ❖ 局部无损探伤，φ=0.85。
▪ 单面焊的对接焊缝，沿焊缝根部全长具有垫板： ❖ 100%无损探伤，φ=0.9； ❖ 局部无损探伤，φ=0.8。
管道计算时主要考虑的静力载荷
❖ 介质压力也称压力载荷
❖ 持续外载（或机械载荷） 管道自重、支吊架反力和其它外载
❖ 位移载荷（或热负荷） 热胀冷缩和端点附加位移
❖ 应力分类 由于载荷性质不同，产生的应力性质也不同， 它们对管道的破坏贡献不同。
分类如下：
一次应力（P） 一次应力是由于外载荷作用而在管道内部产生的正 应力或剪应力，它满足与外力平衡的条件。它的特 征是非自限性的，始终随外载荷的增加而增加，最 终达到破坏。由于载荷性质不同，在管道内产生的 应力分布也不同，一次应力又分为：
❖ 热应力概念
▪ 对于平面管系ACB，
b
B端位移为：
Δa
Δb
C
u a2 b2
B Δu
a
T a2 b2
u
Tu
A
与直接从A到B有一根 管子的伸长量相同
压力管道的热应力分析
❖ 管道热应力计算
b
▪ 如果存在温度变化，不仅 Δa 在管内引起热应力，而且
C
在支吊架处引起支座反力 a
的变化，为了保证管道和
P
t •
rp
S1
S1
1.25
S1
rp
•
S1
•
tg
上式是按边缘应力确定的允许
内压力。
压力管道的热应力分析
❖ 热应力概念
物体都具有热胀冷缩的性质，如果不允许物体自由变形 给其施加一约束，便在物体内部产生应力，称为热应力 或温度应力。
▪ 管道的自由伸长量 L T1 T0 L TL
▪ 管端当量轴向力
式中：f 修正系数，交变次数N<7000次时，f=1.0， N≥7000次时,f=0.9
压力管道的强度计算
❖ 承受内压管子的应力分析
pDn 2S
z
pDn2
4SDn
S
r
p 2
上面的 , z , r（分别为：环向应力、轴向应力、
径向应力）三个表达式是承受内压圆筒应力分布
计算式（Lame公式）的平均值。Lame公式是承
P/（[σ]tφ） θ
0.2 0.5 1 2 4 8 10 12.5 4 6 9 12.5 17.5 24 27 30
压力管道的强度计算
❖ 焊接弯头的强度计算
▪ 多节斜接弯头 当图中的θ≤22.5°时，用下面 两式计算许用压力，并取两者 的最小值
P
t •
rp
S1
S1
0.643
S1 rp
•
S1
• tg
压力管道的强度计算
❖ 弯管壁厚计算
在壁厚各处相同，无椭圆效应时， 弯管在内压作用下，环向最大应 力在弯管内侧。而直管弯制时， 弯管外侧壁厚减薄，内侧壁厚加 大，横截面产生一定的椭圆度， 弯管外侧应力增大，内侧应力减 少。相抵一部分后，实际环向应 力仍比直管的大。工程中用考虑 弯曲效应，对直管的壁厚计算式
L
当在管的两端不允许有
x
位移时，可以认为在管
端施加一力P，把其压
（或拉）到原长，即：
L
ΔL
P L EA TEA
x
L
P
压力管道的热应力分析
❖ 热应力概念
▪ 管中的热应力为 P ET
A
从上式可见管中由于温度变化产生的热应力与 材料的线膨胀系数，弹性模量和温差成Dw
100%
GB50235-97《工业金属管道工程施工及验收规范》对弯
制弯管规定：对输送剧毒流体的钢管或设计压力≥10MPa
的钢管Tu不超过5%，输送剧毒流体以外的钢管或设计压 力≤10MPa的钢管Tu不超过8%
压力管道的强度计算
❖ 焊制三通壁厚计算
三通的连接处是曲率半径突 然变化的地方，应力集中非 常明显，但很快衰减。可采 用局部补强或加厚管壁的方 法降低应力值。三通主管的 计算式：
峰值应力 由于载荷、结构形状的局部突变而引起的局部
应力集中的最高应力值。它的特征是整个结构不产 生任何显著的变形，它是疲劳破坏和脆性断裂的可 能根源。如管道中小的转弯半径处、焊缝咬边处等
❖ 一般压力管道应力许用值的限定
▪ 几个概念
❖ 极限状态 当结构元件的某个截面上，达到整个截面发生屈 服时的状态
式中rp=rn+S1/2是管子平均半 径。上式是考虑斜接弯头接头
处的边缘应力（二次应力），
允许的许用压力
压力管道的强度计算
❖ 焊接弯头的强度计算
▪ 多节斜接弯头
P
t •
rp
S1
R1 rp R1 0.5rp
上式是考虑弯曲效应引起
的应力增加，允许的许用
压力。
压力管道的强度计算
❖ 焊接弯头的强度计算
❖ 极限载荷 对应极限状态时施加在结构上的载荷
❖ 极限载荷法 认为结构达到极限状态后，不能再进一步承受附 加载荷，由此来规定结构的许用应力值的设计方 法
❖ 安定性 结构在载荷（包括热负荷）反复变化的过程中，不再发生 塑性变形的连续循环 ❖ 安定性准则 由于塑性材料具有二次应力的局部性和自限性，控制结构 在运行中不发生疲劳破坏，使结构保持安定，而限定二次 应力范围的方法
压力管道的强度计算