压力管道应力动态分析理论

• 随机曲线 • 谐振曲线 • 脉冲曲线
2020/12/28 Monday
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随机曲线
• 随机曲线多用于描述没有特定变化规律的动载荷形式，例如地震载荷、 风载荷。此类动载荷最大的特点是峰值大小、作用方向、持续时间均无 特定规律
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风载荷曲线
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随机曲线
阶段三 阶段二 阶段一
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柱塞流
• 当介质发生相变时，很可能形成柱塞流，弯头位置常常产生动态响应载 荷。
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静载荷与动载荷的区别
静载荷
1. 载荷随时间变化很慢或者不变（重力、热胀、基础沉 降、弹簧载荷等）
动载荷
1.荷载随时间迅速变化(地震，水锤、汽锤力，振动，安 全阀泄放反力等等)
2.系统(内力和约束荷载)有足够时间抵消外荷载
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静载荷与动载荷的区别
静载荷
1. 载荷随时间变化很慢或者不变（重力、热胀、基础沉 降、弹簧载荷等）
2.系统(内力和约束荷载)有足够时间抵消外荷载
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动载荷
静载荷
1. 载荷随时间变化很慢或者不变（重力、热胀、基础沉 降、弹簧载荷等）
动载荷
1.荷载随时间迅速变化(地震，水锤、汽锤力，振动，安 全阀泄放反力等等)
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载荷变化曲线
• 根据载荷随时间变化形式的不同，可以区分几种基本的载荷变化曲线， 它们分别是：
D表示相位角；
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谐振曲线
• 谐振曲线多用于模拟设备的机械振动、压缩机或离心泵引发的介质压力 脉动、声学振动（当介质在管道中运动时可能产生涡流）等
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脉冲曲线
• 此类载荷的特点是载荷值由零跃升至某一恒定值并保持一段相对稳定的 时间后再突降为零。由于跃升时间短，这类载荷曲线类似于一个矩形。 符合其特点的载荷有：
• 为更好的模拟动载荷对管道系统的影响，引入动态分析尤其必要。
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CAESARII 动态分析
• CAESARII内置多种动态分析模块以模拟各种动载荷所引发的力 学问题。
• 往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析-----防止气 （液）柱共振；（模态分析）
2.系统(内力和约束荷载)有足够时间抵消外荷载
动载荷
1.荷载随时间迅速变化(地震，水锤、汽锤力，振动，安 全阀泄放反力等等)
2.系统(内力和约束荷载)没有足够的时间在外荷载变化前 抵抗荷载
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静载荷与动载荷的区别
静载荷
1. 载荷随时间变化很慢或者不变（重力、热胀、基础沉 降、弹簧载荷等）
动载荷
1.荷载随时间迅速变化(地震，水锤、汽锤力，振动，安 全阀泄放反力等等)
静载荷
载 荷
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或发生缓慢响应
时间
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引发动态响应的因素
• 系统的动态响应则由动载荷引起。 • 动荷载是指随着时间而迅速变化的荷载，管道系统不足以瞬时将它们在
内部分散，于是力和力矩不能总是被消除——因此产生不平衡荷载，导 致管子发生运动。 • 由于力和力矩的总和并不一定等于零且大小变化，所以管系内部产生的 抵抗荷载也在时刻变化——或者高，或者低。
• 往复压缩机（泵）管道压力脉动分析-----控制压力脉动值； （谐振分析）
• 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；
（响应谱或时程分析） • 管道地震分析-----防止管道地震力过大。（响应谱或时程分析）
CAESAR II 动态分析理论
前言
• 管道应力分析中常常遇到动载荷问题。 • 引发系统动态响应的原因？ • 如何对系统进行动力分析？使用什么分析理论？ • 如何来分析计算的结果？
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管道系统的动态分析
• 管道系统大部分时间承受持续载荷、位移载荷的作用，由此引申的力学 分析可称之为静态分析。对应载荷称之为静载荷。然而在实际环境下， 管系往往承受短时间的动载荷作用，其峰值大大超过管系自身承受能力 而发生灾难性的失效，例如地震加速度、超压水锤及气锤、强风、安全 阀泄放反力、压缩机或离心泵引发的受迫振动、两相介质产生的瞬间不 平衡载荷等等…
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静载荷
静载荷
1. 载荷随时间变化很慢或者不变（重力、热胀、基础沉 降、弹簧载荷等）
动载荷
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静载荷
• 系统的载荷响应并不随着时间的变化而变化。
定值 载 荷
时间
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地震曲线
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谐振曲线
• 谐振曲线通常表达了谐振载荷的作用规律，其分布为特定周期下的正弦 /余弦曲线。
F(t) = A + B sin(Ct + D)
其中F（t）表示随时间变化的谐振载荷；
A表示名义载荷，即偏差值；
B表示曲线幅值；
C表示角频率；
T表示时间；
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静载荷
• 到目前为止我们所讨论的大部分荷载都属于静态范畴(即便在某些情况 下存在动荷载，也都简化为静荷载来分析)。由于静荷载的作用时间足 够长，管道结构有时间对其进行响应并将之分散到内部各处，从而保持 系统的平衡。一旦处于平衡状态，所有的外力和力矩都被系统平衡(即 力和力矩的总和为零)，管子处于静止状态。
• 安全阀的泄放 • 水锤/气锤 • 柱塞流
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安全阀的泄放
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水锤/气锤
2020/12/28 Monday
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水锤/气锤
• 当水锤、气锤产生的压力波在管道内传播时，有可能在沿途弯头、阀门 处产生多次载荷波动，如图所示，这使分析变得更为复杂。