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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。
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。
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。
2. 管道的计算温度确定管道的计算温度应根据工艺设计条件及下列要求确定：1) 对于无隔热层管道：介质温度低于65℃时，取介质温度为计算温度；介质温度等于或高于65℃时，取介质温度的95%为计算温度；2) 对于有外隔热层管道，除另有计算或经验数据外，应取介质温度为计算温度；3) 对于夹套管道应取内管或套管介质温度的较高者作为计算温度；4) 对于外伴热管道应根据具体条件确定计算温度；5) 对于衬里管道应根据计算或经验数据确定计算温度；6) 对于安全泄压管道，应取排放时可能出现的最高或最低温度作为计算温度；7) 进行管道柔性设计时，不仅应考虑正常操作条件下的温度，还应考虑开车、停车、除焦、再生及蒸汽吹扫等工况。
3. 管道安装温度宜取20℃（除另有规定外）。
4. 管道计算压力应取计算温度下对应的操作压力。
5. 管道钢材参数按《石油化工管道柔性设计规范》SH/T3041－2002执行1) 钢材平均线膨胀系数可参照附录A选取。
2) 钢材弹性模量可参照附录B选取。
3) 计算二次应力范围时，管材的弹性模量应取安装温度下钢材的弹性模量。
6. 管道壁厚计算1) 内压金属直管的壁厚根据SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》确定：当S0< Do /6时，直管的计算壁厚为：S0 = P D0/(2[σ]tΦ+2PY)直管的选用壁厚为：S = S0 + C式中S0――直管的计算壁厚，mm；P――设计压力，MPa；D0――直管外径，mm；[ζ]t――设计温度下直管材料的许用应力，MPa；Φ――焊缝系数，对无缝钢管，Φ＝1；S――包括附加裕量在内的直管壁厚，mm；C――直管壁厚的附加裕量，mm；Y――温度修正系数，按下表选取。
温度修整系数表当S0≥D0/6因素综合考虑确定。
2）对于外压直管的壁厚应根据GB 150-1998《钢制压力容器》规定的方法确定。
7.管道上的荷载管道上可能承受的荷载有：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，压力荷载包括内压力和外压力；3) 位移荷载，位移荷载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) 机器振动荷载，如回转设备的振动。
8. 管道端点的附加位移在管道柔性设计中，除考虑管道本身的热胀冷缩外，还应考虑下列管道端点的附加位移：1) 静设备热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移；2) 转动设备热胀冷缩在连接管口处产生的附加位移；3) 加热炉管对加热炉进出口管道施加的附加位移；4) 储罐等设备基础沉降在连接管口处产生的附加位移；5) 不和主管一起分析的支管，应将分支点处主管的位移作为支管端点的附加位移。
9.管道布置管道的布置尽量利用自然补偿能力：1) 改变管道的走向，以增加整个管道的柔性；2) 利用弹簧支吊架放松约束；3) 改变设备布置。
4) 对于复杂管道可用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段，如L形、Π形、Z形等管段。
确定管道固定点位置时，宜使两固定点间的管段能够自然补偿。
10. 宜采用计算机分析方法进行详细柔性设计的管道1) 操作温度大于400 ℃或小于－50 ℃的管道；2) 进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道；3) 进出反应器的高温管道；4) 进出汽轮机的蒸汽管道；5) 进出离心压缩机、往复式压缩机的工艺管道；6) 与离心泵连接的管道，可根据设计要求或按图1-1 确定柔性设计方法；图1-1 与离心泵连接管道柔性设计方法的选择7) 设备管口有特殊受力要求的其他管道；8) 利用简化分析方法分析后，表明需进一步详细分析的管道。
11.不需要进行计算机应力分析的管道1) 与运行良好的管道柔性相同或基本相当的管道；2) 和已分析管道相比较，确认有足够柔性的管道；3) 对具有同一直径、同一壁厚、无支管、两端固定、无中间约束并能满足式(1) 和式(2) 要求的非极度危害或非高度危害介质管道。
Do·Y/(L-U)2 ≤208.3 ――(1)Y = (⊿X2+⊿Y2+⊿Z2)1/2 ――(2）式中：DO――管道外径，mm；Y――管道总线位移全补偿值，mm；Δx、Δy、Δz分别为管道沿坐标轴x、y、z方向的线位移全补偿值，mm；L――管系在两固定点之间的展开长度，m；U――管系在两固定点之间的直线距离，m。
式（1）不适用于下列管道：(1) 在剧烈循环条件下运行，有疲劳危险的管道：(2) 大直径薄壁管道(管件应力增强系数i≥5）：(3) 不在这接固定点方向的端点附加位移量占总位移量大部分的管道；(4)L/U>2.5的不等腿"U"形弯管，或近似直线的锯齿状管道。
12. 管道端点无附加角位移时管道线位移全补偿值计算当管道端点无附加角位移时，管道线位移全补偿值应按下列公式计算：⊿X=⊿XB-⊿XA-⊿XtAB⊿Y=⊿YB-⊿Y A-⊿YtAB⊿Z=⊿ZB-⊿ZA-⊿ZtAB⊿XtAB =α1(XB –XA）(T –T0）⊿YtAB =α1(YB –Y A）(T –T0）⊿ZtAB =α1(ZB –ZA）(T –T0）式中：⊿X、⊿Y、⊿Z ――分别为管道沿坐标轴X、Y、Z方向的线位移全补偿值，mm：⊿XA、⊿Y A、⊿ZA――分别为管道的始端A沿坐标轴X、Y、Z方向的附加线位移，mm；⊿XB、⊿YB、⊿ZB――分别为管道的末端B沿坐标轴X、Y、Z方向的附加线位移，mm；⊿XtAB、⊿YtAB、⊿ZtAB――分别为管道AB沿坐标轴X、Y、Z方向的热伸长值，mm；αt――管道材料在安装温度与计算温度间的平均线膨胀系数，mm/mm·℃；XA、Y A、ZA――管道始端A的坐标值，mm；XB、YB、ZB――管道末端B的坐标值，mm；T――管道计算温度，℃；T0――管道安装温度，℃。
13. 例题利用判别式解题有两种方法：第一种方法注意如下四点和上面“＋”、“－”号的取值。
1) 假定一个始端，一个终端2) 始端固定，终端放开3) 热膨胀方向由始端向终端4) 热伸长量取正值第二种方法注意如下四点。
和SH/T 3041-2002中的公式一致1) 假定一个始端，一个终端2) 始端固定，终端放开3) 热膨胀方向由始端向终端4) 建立坐标系，端点附加位移和热伸长量与坐标轴同向取“＋”，与坐标轴反向取“－”。
上题计算如下：⊿Y=⊿YB－⊿Y A－⊿YtAB = 0－4－12 = －16 mm⊿Y=⊿YB－⊿Y A－⊿YtAB = 4－(－5)－(－20) = 29 mm⊿Z=⊿ZB－⊿ZA－⊿ZtAB = 2－0－(－24) = 26 mmY=(⊿Y2＋⊿Y2＋⊿Z2)1/2 = [(－16)2＋292＋262]1/2 = 42.1 mmDO．Y/(L－U)2 = 159*42.1/(14－8.4)2 = 6693.9/31.36 = 213.45 > 208.3所以需要进行详细分析，与上面的计算结果不同。
这里需要说明的是，不是计算过程错误，而是新旧标准管径取的不一致，新标准为外径。
第三章补偿器的选用首先应利用改变管道走向获得必要的柔性，但由于布置空间的限制或其他原因也可采用补偿器获得柔性。
1. 补偿器的形式压力管道设计中常用的补偿器有三种：Π型补偿器、波形补偿器、套管式或球形补偿器2. Π型补偿器Π型补偿器结构简单、运行可靠、投资少，在石油化工管道设计中广泛采用。
采用Π形管段补偿时，宜将其设置在两固定点中部，为防止管道横向位移过大，应在Π型补偿器两侧设置导向架。
3. 波形补偿器波形补偿器，补偿能力大、占地小，但制造较为复杂，价格高，适用于低压大直径管道。
1) 波形补偿器条件(1)比用弯管形式补偿器更为经济时或安装位置不够时。
(2)连接两个间距小的设备的管道。
其补偿能力不够时。
(3)为了减少压降，推力或振动，在工艺过程上可行而且在经济上合理时。
(4)为了保护有严格受力要求的设备嘴子。
