冲击载荷响应谱法与时程法分析对比
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如果我们在25点同时添加一个+Z方向的载 荷，会出现什么结果？ 这两个载荷将相互抵消，得到的位移为0或 趋近为0.
我们将无法得到一个合理的结果！
动态分析---前期工作
计算Force-Time profile
冲击载荷是无法预知的。有一些流体力学计 算程序可以帮助你计算流体的流速和尺寸。 当我们缺少更详细的分析工具时，我们一般 做出流体最大长度、流速的假设以便得出保 守的结果。我们已经给出55ft/sec的流速，并 已知流体的路径，基于这些条件，我们可以 得到force-time曲线：
应的两倍 • 该载荷放大系数称之为动态载荷因子或DLF • 针对瞬间施加的载荷DLF = 2
什么是谱分析
• 系统响应最大值的预估，跟时间没有关系
计算每阶模态的峰值响应，将不同模态响应进行 叠加，预测整个系统的峰值响应
什么是时程分析
• 单自由度质量弹簧系统基本运动方程，在时间历程内的求解
Ma CV K F Ma(t) CV (t) K(t) F(t) M x (t) Cx (t) Kx(t) F(t)
谱分析
现在我们计算载荷作用在15点和25点的情况：
谱分析
现在我们计算载荷作用在15点和25点的情况：
谱分析
现在我们计算载荷作用在15点和25点的情况：
谱分析
现在我们计算载荷作用在15点和25点的情况：
运算并查看结果
谱分析
查看结果：
结果显示该位移为第一种情况的2倍，为什么？
因为每个工况都被单独的计Hale Waihona Puke Baidu并将结果叠加。 每个工况算出的位移为2，那么4到底是正值还是负值？ 或者两个工况叠加将位移抵消？
谱分析
3.5 如果要关注静态系统在动载荷作用下的整体状态，选择 “Static/Dynamic Combinations”
谱分析
3.6 选择“Control Parameters”，使用OPE工况和连续质量矩阵，然后计 算
谱分析
3.7 查看结果：
结果显示， 15点在Z方向上有2inch的的位移。请 注意，结果里没有负值！因为SRSS（平方和开方） 方法生成的只有正值结果。这需要工程师判定该 位移的方向！
1. 静态等效载荷 F = 1176 * 2 = 2352 lbf
双击“Forces/Moments”，在该节点处输入该载荷
静态等效
2. 工况编辑，增加F1工况
注：此例题中，无非线性约束。当出现非 线性约束时，推荐使用‘工况编辑器’中所 讲内容进行设置。
静态等效
3. 查看结果
查看L3Force工况下的位移： 15点在外载作用下的位移为-Z方向2inch
谱分析
使用谱分析，我们将针对两种情况进行分析，并对比其结果： 冲击载荷只作用在15点的弯头 冲击载荷作用在15点和25点
谱分析
1. 打开动态模块，选择“Water Hammer/Slug Flow (spectrum)”
谱分析
2. 输入曲线名称，并定义坐标轴类型
3. 点击“DLF Spectrum Generator”以输入force-time数据并 生成DLF曲线
随时间而发生的事件数学表达式
例题
假定5ft的流体冲击导致Z向最大位移 使用三种方法进行分析：静态等效、谱分析、时程分析
例题
介质=蒸汽 6’ 标准壁厚 碳钢 T=465F Sc=20,000psi Sh=20,000psi P=375psi 介质流速=55ft/sec 管道 内表面积=28.89in
动态分析---前期工作
计算Force-Time profile
假设柱塞流端面通过弯头一侧A 到另一侧B经历的时间为载荷从0 至满负荷的时间，则：
t1 = L/v = (pd/4)/(660 in/sec) = 0.021 sec = 21 ms
动态分析---前期工作
计算Force-Time profile
我们无法“告诉”谱分析，因为当事件发生时，它只能 计算单一事件的最大影响。
时程分析
像谱分析方法一样，我们将评估当柱塞流单独 作用在第一个弯头会发生什么，然后评估另一 种情况，我们将研究柱塞流作用在两个弯头的 情形，并将比较这两种情况。
时程分析的典型工作流程
例题
• 冲击载荷计算 F = ρAV2/gc （英制）
ρ = 0.03611 lbm/in3 A = 28.89 in2 V = 55 ft/sec = 660 in/sec gc = 32.2 x 12 = 386.4 in*lbm/(lbf*s2)
F = ρAV2 （公制）
静态等效
柱塞流末端通过弯头A侧的总时 间，为：
t2 = L/v = 5 ft/55 ft/sec = 91 milliseconds
动态分析---前期工作
计算Force-Time profile
柱塞流末端从弯头A侧到B侧所 用的时间t3与t1相同
t3 = t1 = 21 milliseconds
20 16
冲击载荷响应谱法与时程法分析对比
李世林
冲击载荷
冲击载荷
冲击载荷的分析方法
• 在CAESAR II中评估冲击载荷对管道系统的影响， 可使用三种方法
静态等效 谱分析 时程分析 • 每种方法都有各自的优缺点
旁路泄放的问题
冲击载荷的问题
什么是静态等效
• 静态的模拟动力事件 • 通常假设快速施加载荷导致的动力响应是同样大小静载作用下的响
谱分析
3.1 选择User Defined Time History Waveform,在Spectrum Name中填入 之前我们定义的名称。然后设置频率轴的限制和在图表中显示的数据 点数量
谱分析
3.2 输入force-time数据。需要注意的是，DLF曲线的形状是独立的， 与载荷值无关。（即，载荷输入1和1000，得到的DLF曲线一致）
谱分析
3.3 选择“Force Sets”，并定义载荷的大小、方向、所在节点及“force set” 的序号。请注意，在“Force”和“Direction”中填入的+/-号，应与管道模 型输入保持一致。
谱分析
3.4 选择“Spectrum Load Cases”,将DLF曲线与“Force Set”进行组合
我们将无法得到一个合理的结果！
动态分析---前期工作
计算Force-Time profile
冲击载荷是无法预知的。有一些流体力学计 算程序可以帮助你计算流体的流速和尺寸。 当我们缺少更详细的分析工具时，我们一般 做出流体最大长度、流速的假设以便得出保 守的结果。我们已经给出55ft/sec的流速，并 已知流体的路径，基于这些条件，我们可以 得到force-time曲线：
应的两倍 • 该载荷放大系数称之为动态载荷因子或DLF • 针对瞬间施加的载荷DLF = 2
什么是谱分析
• 系统响应最大值的预估，跟时间没有关系
计算每阶模态的峰值响应，将不同模态响应进行 叠加，预测整个系统的峰值响应
什么是时程分析
• 单自由度质量弹簧系统基本运动方程，在时间历程内的求解
Ma CV K F Ma(t) CV (t) K(t) F(t) M x (t) Cx (t) Kx(t) F(t)
谱分析
现在我们计算载荷作用在15点和25点的情况：
谱分析
现在我们计算载荷作用在15点和25点的情况：
谱分析
现在我们计算载荷作用在15点和25点的情况：
谱分析
现在我们计算载荷作用在15点和25点的情况：
运算并查看结果
谱分析
查看结果：
结果显示该位移为第一种情况的2倍，为什么？
因为每个工况都被单独的计Hale Waihona Puke Baidu并将结果叠加。 每个工况算出的位移为2，那么4到底是正值还是负值？ 或者两个工况叠加将位移抵消？
谱分析
3.5 如果要关注静态系统在动载荷作用下的整体状态，选择 “Static/Dynamic Combinations”
谱分析
3.6 选择“Control Parameters”，使用OPE工况和连续质量矩阵，然后计 算
谱分析
3.7 查看结果：
结果显示， 15点在Z方向上有2inch的的位移。请 注意，结果里没有负值！因为SRSS（平方和开方） 方法生成的只有正值结果。这需要工程师判定该 位移的方向！
1. 静态等效载荷 F = 1176 * 2 = 2352 lbf
双击“Forces/Moments”，在该节点处输入该载荷
静态等效
2. 工况编辑，增加F1工况
注：此例题中，无非线性约束。当出现非 线性约束时，推荐使用‘工况编辑器’中所 讲内容进行设置。
静态等效
3. 查看结果
查看L3Force工况下的位移： 15点在外载作用下的位移为-Z方向2inch
谱分析
使用谱分析，我们将针对两种情况进行分析，并对比其结果： 冲击载荷只作用在15点的弯头 冲击载荷作用在15点和25点
谱分析
1. 打开动态模块，选择“Water Hammer/Slug Flow (spectrum)”
谱分析
2. 输入曲线名称，并定义坐标轴类型
3. 点击“DLF Spectrum Generator”以输入force-time数据并 生成DLF曲线
随时间而发生的事件数学表达式
例题
假定5ft的流体冲击导致Z向最大位移 使用三种方法进行分析：静态等效、谱分析、时程分析
例题
介质=蒸汽 6’ 标准壁厚 碳钢 T=465F Sc=20,000psi Sh=20,000psi P=375psi 介质流速=55ft/sec 管道 内表面积=28.89in
动态分析---前期工作
计算Force-Time profile
假设柱塞流端面通过弯头一侧A 到另一侧B经历的时间为载荷从0 至满负荷的时间，则：
t1 = L/v = (pd/4)/(660 in/sec) = 0.021 sec = 21 ms
动态分析---前期工作
计算Force-Time profile
我们无法“告诉”谱分析，因为当事件发生时，它只能 计算单一事件的最大影响。
时程分析
像谱分析方法一样，我们将评估当柱塞流单独 作用在第一个弯头会发生什么，然后评估另一 种情况，我们将研究柱塞流作用在两个弯头的 情形，并将比较这两种情况。
时程分析的典型工作流程
例题
• 冲击载荷计算 F = ρAV2/gc （英制）
ρ = 0.03611 lbm/in3 A = 28.89 in2 V = 55 ft/sec = 660 in/sec gc = 32.2 x 12 = 386.4 in*lbm/(lbf*s2)
F = ρAV2 （公制）
静态等效
柱塞流末端通过弯头A侧的总时 间，为：
t2 = L/v = 5 ft/55 ft/sec = 91 milliseconds
动态分析---前期工作
计算Force-Time profile
柱塞流末端从弯头A侧到B侧所 用的时间t3与t1相同
t3 = t1 = 21 milliseconds
20 16
冲击载荷响应谱法与时程法分析对比
李世林
冲击载荷
冲击载荷
冲击载荷的分析方法
• 在CAESAR II中评估冲击载荷对管道系统的影响， 可使用三种方法
静态等效 谱分析 时程分析 • 每种方法都有各自的优缺点
旁路泄放的问题
冲击载荷的问题
什么是静态等效
• 静态的模拟动力事件 • 通常假设快速施加载荷导致的动力响应是同样大小静载作用下的响
谱分析
3.1 选择User Defined Time History Waveform,在Spectrum Name中填入 之前我们定义的名称。然后设置频率轴的限制和在图表中显示的数据 点数量
谱分析
3.2 输入force-time数据。需要注意的是，DLF曲线的形状是独立的， 与载荷值无关。（即，载荷输入1和1000，得到的DLF曲线一致）
谱分析
3.3 选择“Force Sets”，并定义载荷的大小、方向、所在节点及“force set” 的序号。请注意，在“Force”和“Direction”中填入的+/-号，应与管道模 型输入保持一致。
谱分析
3.4 选择“Spectrum Load Cases”,将DLF曲线与“Force Set”进行组合