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
《弹性力学》习题答案 一、单选题 1、所谓“完全弹性体”是指(B) A、材料应力应变关系满足虎克定律 B、材料的应力应变关系与加载时间、历史无关 C、本构关系为非线性弹性关系 D、应力应变关系满足线性弹性关系 2、关于弹性力学的正确认识是(A ) A、计算力学在工程结构设计中的作用日益重要 B、弹性力学从微分单元体入手分析弹性体,因此与材料力学不同,不需要对问题作假设 C、任何弹性变形材料都是弹性力学的研究对象 D、弹性力学理论像材料力学一样,可以没有困难的应用于工程结构分析 3、下列对象不属于弹性力学研究对象的是(D )。 A、杆件 B、块体 C、板壳 D、质点 4、弹性力学对杆件分析(C) A、无法分析 B、得出近似的结果 C、得出精确的结果 D、需采用一些关于变形的近似假定 5、图示弹性构件的应力和位移分析要用什么分析方法?(C) A、材料力学 B、结构力学 C、弹性力学 D、塑性力学 6、弹性力学与材料力学的主要不同之处在于( B ) A、任务 B、研究对象 C、研究方法 D、基本假设 7、下列外力不属于体力的是(D) A、重力 B、磁力 C、惯性力 D、静水压力 8、应力不变量说明( D )。 A. 应力状态特征方程的根是不确定的 B. 一点的应力分量不变 C. 主应力的方向不变 D. 应力随着截面方位改变,但是应力状态不变 9、关于应力状态分析,(D)是正确的。 A. 应力状态特征方程的根是确定的,因此任意截面的应力分量相同
B. 应力不变量表示主应力不变 C. 主应力的大小是可以确定的,但是方向不是确定的 D. 应力分量随着截面方位改变而变化,但是应力状态是不变的 10、应力状态分析是建立在静力学基础上的,这是因为( D )。 A. 没有考虑面力边界条件 B. 没有讨论多连域的变形 C. 没有涉及材料本构关系 D. 没有考虑材料的变形对于应力状态的影响 11、下列关于几何方程的叙述,没有错误的是( C )。 A. 由于几何方程是由位移导数组成的,因此,位移的导数描述了物体的变形位移 B. 几何方程建立了位移与变形的关系,因此,通过几何方程可以确定一点的位移 C. 几何方程建立了位移与变形的关系,因此,通过几何方程可以确定一点的应变分量 D. 几何方程是一点位移与应变分量之间的唯一关系 12、平面应变问题的应力、应变和位移与那个(些)坐标无关(纵向为 z 轴方向)( C ) A、 x B、 y C、 z D、 x, y, z 13、平面应力问题的外力特征是(A) A 只作用在板边且平行于板中面 B 垂直作用在板面 C 平行中面作用在板边和板面上 D 作用在板面且平行于板中面。 14、在平面应力问题中(取中面作 xy 平面)则(C) A、σ z = 0 , w = 0 B、σ z ≠ 0 , w ≠ 0 C、σ z = 0 , w ≠ 0 D 、σ z ≠ 0 , w = 0 15、在平面应变问题中(取纵向作 z 轴)(D) A、σ z = 0 , w = 0 ,ε z = 0 B、σ z ≠ 0 , w ≠ 0 ,ε z ≠ C、σ z = 0 , w ≠ 0 ,ε z = 0 D、σ z ≠ 0 , w = 0 ,ε z = 16、下列问题可简化为平面应变问题的是(B)。
管道应力分析程序(GLIF)使用说明 第一章概述 本程序吸收了国内管道应力计算程序和美国2010管道应力计算程序的优点,采用结构程序设计方法,开发的符合《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定(SDGJ6-90)》的程序。 11功能 程序计及了内压、自重、外载、设备接口附加位移、冷紧、安全阀排放产生的载荷、以及风载、静力地震载荷等,既能对持续荷载,又能对临时荷载、偶然荷载进行分析计算。 程序可对正常运行条件下的热状态、冷状态,由热至冷及由冷至热状态进行计算。其中对冷状态考虑了管道运行初期和应变达到自均衡后两种情况。 程序可对水压试验工况进行分析计算。程序可对异常运行条件下的安全阀排放荷载、风载、地震荷载的静力分析计算。 本程序管道结构分析和应力验算更趋于精细和合理,提高了管道投资的经济性和运行的安全性。 12特点 程序的编制,按功能采用模块型结构,使其可读性和可维护性好。尽量用标准语言而避免采用依赖于机型和硬件的特殊语句,使程序可
移植性好。程序功能强,使用简便,程序对管道的结构没有限制,按管道的设计模型组织数据文件,为CAD绘图创造了良好条件。输入灵活易学,输出集中简明。输入数据、输出成果的单位可分别选取工程制和法定单位制。程序应力验算符合SDGJ6-90标准,为了使用户计算方便、便于掌握程序按照定工况进行组织,可自动检查出输入数据的错误。减少对错误题目进行运算的可能性,节省时间和费用。 13计算内容 a.管道在工作状态下,由持续荷载(即内压、自重等)作用下产 生的应力进行验算,计算持续荷载对设备或端点的推力。 b.管道在运行初期工作状态下,计算管道约束装置的荷载及管道 对设备(或端点)的推力。考虑自重、热膨胀、有效冷紧和端点附加位移的影响。 c.管道应变自均衡后在冷状态下,计算管道刚性约束装置的荷载 及管道对设备(或端点)的推力。 d.管道由冷状态到工作状态的热位移计算,按管道沿坐标轴的全 补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算,并考虑弹簧附加力的影响。 e.管道热膨胀应力范围的验算。 f.管道在运行初期冷状态下,计算管道约束装置的荷载及对设备 (或端点)的推力。 g.管道由于冷紧和弹簧附加力作用下的冷位移的计算,以其作为
习题 (应力单位均为10N/mm2) 1、已知oxyz坐标系中物体内某点的坐标为( 4 , 3 , -12 ),其应力分量为 a) 将应力分量画在单元体上; b) 求出通过该点且方程为x+3y+z=1的平面上的正应力和剪应力; c) 求出其主应力,主轴方向,主剪应力,最大剪应力,应力偏张量及球张量; d) 现将直角坐标系改成圆拄坐标系,原点不变,取原x轴为极轴,试求其应力分量σ lk (l,k=r,θ,z)。并判断它是否是轴对称状态。(提示:σ lk 也就是原坐标系中r,θ,z 方向各微分面上的应力分量。) 2. 设坐标系oxyz中某点的应力分量为σ x , σ y ,σ z , τ xy , τ yz , τ zx 。现设一新坐标系 oxˊyˊzˊ, 其中三根轴在原坐标系中的方向余弦分别力l 1,m 1 ,n 1 ,l 2 ,m 2 ,n 2 , l 3,m 3 ,n 3 。试模仿式(3.6)的推导过程,推导τ xˊyˊ τ xˊzˊ 的表达式。 3. 试证明应力偏张量的主剪应力、应力主轴方向与原应力张量相同。 4. 设某物体内的应力场为
试求系数c 1,c 2 ,c 3 。〔提示: 应力场必须满足平衡方程。〕 5. 某质点处于平面应力状态下,现已知其中的应力分量σ x =2 0、σ y =?40、τ xy =?30, 其余未知,试利用应力莫尔园求出其:主应力、主轴方向、主剪应力及最大剪应力。 6. 试导出圆柱坐标的平衡微分方程式(3.31)中的第一式。 7. 试举出塑性成形工艺中:平面应力、平面变形、轴对称及一般三向应力状态的例子各一个。 8何谓应力、全应力、正应力与切应力?塑性力学上应力的正、负号是如何规定的?9何谓应力特征方程、应力不变量? 10何谓主切应力、八面体应力和等效应力?它们在塑性加工上有何意义? 11何谓应力张量和张量分解方程?它有何意义? 12应力不变量(含应力偏张量不变量)有何物理意义? 13塑性变形的力学方程有哪几种?其力学意义和作用如何? 14锻造、轧制、挤压和拉拔的主力学图属何种类型?
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。DL/T 5366和B31.1规定的应力验算属于静力分析法。同时,它们也用简化方法计及了地震作用的影响,适用于火力发电厂管道和一般动力管道。 对于动载荷,例如:往复脉冲载荷、强迫振动载荷、流动瞬态冲击载荷和地震载荷作用的应力计算采用动力分析法。核电站管道和地震烈度在9度及以上地区的火力发电厂管道应力计算采用动力分析法。 1.4 管道荷载
管道应力分析概述 CAESARII软件介绍 CAESARII管道应力分析软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件。它既可以分析计算静态分析,也可进行动态分析。CAESARII向用户提供完备的国际上的通用管道设计规范,使用方便快捷。交互式数据输入图形输出,使用户可直观查看模型(单线、线框,实体图)强大的3D计算结果图形分析功能,丰富的约束类型,对边界条件提供最广泛的支撑类型选择、膨胀节库和法兰库,并且允许用户扩展自己的库。钢结构建模,并提供多种钢结构数据库.结构模型可以同管道模型合并,统一分析膨胀节可通过标准库选取自动建模、冷紧单元/弯头,三通应力强度因子(SIF)的计算、交互式的列表编辑输入格式用户控制和选择的程序运行方式,用户可定义各种工况。 一、管道应力分析的原则 管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性,防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。 二、管道应力分析的主要内容 管道应力分析分为静力分析和动力分析。 静力分析包括: 1)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏; 2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏; 3)管道对设备作用力的计算——防止作用力太大,保证设备正常运行; 4)管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据; 5)管道上法兰的受力计算——防止法兰汇漏。 动力分析包括:
l)管道自振频率分析——防止管道系统共振; 2)管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力; 3)往复压缩机(泵)气(液)柱频率分析——防止气柱共振; 4)往复压缩机(泵)压力脉动分析——控制压力脉动值。 三、管道上可能承受的荷载 (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:压力载荷包括内压力和外压力; (3)位移荷载:位移载荷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)机械振动荷载:如回转设备的振动。 四、管道应力分析的目的 1)为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值; 2)为了使与管系相连的设备的管口荷载在制造商或国际规范(如 NEMA SM-23、API-610、API-6 17等)规定的许用范围内; 3)为了使与管系相连的设备管口的局部应力在 ASME Vlll的允许范围内; 4)为了计算管系中支架和约束的设计荷载;
附塔管道的应力分析 摘要:结合某装置反应塔附塔管道的应力分析,概述管道应力分析的目的、方法、必要性以及工作过程 关键词:附塔管道应力分析管道走向 压力管道在现代化工生产中被越来越广泛的使用,管道配管直接决定着工艺管道的安全性及经济性,也直接影响着整个工程的质量和安全事故的发生率以及整个装置的寿命。而对压力管道进行详细的应力分析,可得出整个管系的应力水平、薄弱点位置,可针对性的设置管道支吊架,合理地确定管道的走向,消除应力峰值,为安全生产打好基础。 管道应力分析的任务是指对管道进行包括应力计算在内的力学分析,并使分析结果满足标准规范的要求,从而保证管道自身和与其相连的机器、设备及土建结构的安全。 管道在使用过程中会受到各种载荷的影响,如果载荷超出了管道的承受能力,管道就会发生弯曲、变形、断裂等现象,也会对与管道相连的机器、设备及土建结构造成危险甚至破坏。为便于分析,将管道中各种载荷对管道产生的应力分为:一次应力、二次应力和峰值应力。一次应力是指管道所受载荷,如内压、地震载荷、风载荷等引起的管道对抗外部载荷所必须的内部应力,随外力的增大而增大,具有非自限性的特点,超过某一限度,将使管道整体变形直至破坏。二次应力与外载荷没有直接关系,是由热胀冷缩、端点位移等位移载荷所产生的应力,具有自限性,即局部屈服和小量变形就可使应力减小。峰值应力是管道由于局部结构不连续或局部应力集中附加到一次应力或二次应力的增量。 管道应力分析可划分为静力分析和动力分析。静力分析是指在静力载荷作用下对管道进行力学分析,并进行相应的安全评定。需完成下列任务:计算管道中的应力并使之满足标准规范的要求,保证管道自身的安全(包括防止法兰泄露);计算管道对与其相连的机器、设备的作用力,保证机器、设备的安全;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;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;埋地管的稳定性计算,避免管道失稳。动力分析则主要指往复压缩机和往复泵管道的振动分析、管道的地震分析、水锤和冲击载荷作用下管道的振动分析,使地震和振动的影响得到有效控制。需完成下列任务:管道的地震分析,防止管道在地震中发生破坏;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;往复压缩机和往复泵管道的强迫振动分析及声学模型分析,防止管道因振动发生疲劳破坏;水锤、安全阀泄放载荷和两相流所产生的支架载荷计算。 管道热胀冷缩产生的位移应力(二次应力)与管径、壁厚、管道的布置走向及温度高低等诸多因素直接相关,比较复杂,因此对管道二次应力的分析是管道应力分析最重要的任务,必须使管道系统具有足够的柔性。管道柔性设计的一般
题101 图示四种应力状态中属于单向应力状态的是( )。 题102 求图示平面应力状态的σα、εα。已知α=4 μ分别材料的弹性模量和泊松比。( )。 (A) τ σ σα-=2 , )2(1τσ εα-= E (B) τσ σα+=2,) 2(1τσεα+= E (C) τσσα-=2,τμσμεαE E +--=121 (D) τσσα+=2,τ μσμεαE E ++-=121 题103 种答案,其中正确的一个是( )。题103图 (A) 1、2 (B) 1、5 (C) 3、5 (D) 2、4 题 104 矩形截面简支梁如图示,已知梁的横截面面积为A ,截面惯性矩为I ,材料的弹性模量为E ,泊松比为μ, A 点45° 方向的线应变为ε 45° 。则荷载F 为( )。 (A) A E με-?145 (B)A E 145-? με (C) A E )1(4945με-? (D)A E )1(9445με-? 题105 圆轴直径d=20mm,材料的弹性常数E =200GPa , μ= 0.3。现测得圆轴表面与轴线成ε =题2×10-4 ,则转矩( )。 (A) m=1.257N ·m (B) m=12题7N ·m 题102图 题103图 题104图 题105图
(C) m=233.4N ·m (D) m=62.8N ·m 已知σx =0,则σy 和τ有( )。 (A) σy =30MPa ,τ=20MPa (B)σy =60MPa ,τ=20MPa (C) σy =-60MPa ,τ=40MPa (D) σy =60MPa ,τ=40MPa 题107 中的( )。 (A) (a)与(d) (B) (b)与(c) (C) (a)与(d)及(c)与(b) (D) (a)与(b)及(c)与(d) 题 108 图示受拉板,A 点为凸起处的最高点,应力圆有图示四种可能,正确的答案为( )。 题109 从构件内某一点的周围取出一单元体如图所 示。已知σ=30MPa ,τ=15MPa ,材料的E =200GPa , 对角线AC 的长度改变量为( )。 (A) 3.91 ×10-3mm (B) 8.43×10-3 mm (C) 9.29×10-3mm (D) 10.25×10-3 mm 题106图 题107图 题108图 题109图
工程力学简答题 一、工程力学范畴内失效的有哪三类? 1)强度失效,是指构件在外力作用下发生不可恢复的塑性变形或发生断裂。 2)刚度失效,是指构件在外力作用下产生过量的弹性变形。 3)稳定失效,是指构件在某种外力作用下,其平衡形式发生突然转变。二、刚体系统的平衡问题的特点与解法 1)整体平衡与局部平衡的概念 系统如果整体是平衡的,则组成系统的每一个局部以及每一个刚体也必然是平衡的。 2)研究对象有多种选择 要选择对的对象,才能解决问题。 3)对刚体系统作受力分析时,要分清内力和外力 内力和外力是相对的,需视选择的研究对象而定。研究对象以外的物体作用于研究对象上的力称为外力,研究对象内部各部分间的相互作用力称为内力。内力总是成对出现,它们大小相等、方向相反、作用在同一直线上。 4)每个刚体上的力系都必须满足平衡条件 刚体系统的受力分析过程中,必须严格根据约束的性质确定约束力的方向,使作用在平衡系统整体上的力系和作用在每个刚体上的力系都满足平衡条件。 三、材料的基本假定 1)均匀连续性假定 假定材料无空隙、均匀地分布于物体所占的整个空间。根据这一假定, 物体内的受力、变形等力学量可以表示为各点坐标的连续函数,从而有 利于建立相应的数学模型。 2)各向同性假定 假定弹性体在所有方向上均具有相同的物理和力学性能。根据这一假定, 可以用一个参数描写各点在各个方向上的某种力学性能。 3)小变形假定 假定物体与外力作用下所产生的变形与物体本身的几何尺寸相比是很小 的。根据这一假定,当考察变形固体的平衡问题时,一般可以略去变形 的影响,因而可以直接应用工程静力学方法。 四、绘制剪力图和弯矩图的两种方法 1)绘图法,根据剪力方程和弯矩方程,在和坐标系中首先标出剪 力方程和弯矩方程定义域两个端点的剪力值和弯矩值,得到相应的点; 然后按照剪力和弯矩方程的类型,绘制出相应的图线,便得到所需要的 剪力图和弯矩图。 2)公式法,先在和坐标系中标出控制面上的剪力和弯矩数值,然 后应用载荷力度、剪力、弯矩之间的微分关系,确定控制面之间的剪力 和弯矩图线的形状,无需首先建立剪力方程和弯矩方程。
8 应力状态与应变状态分析 1、应力状态的概念, 2、平面应力状态下的应力分析, 3、主平面是切应力为零的平面,主应力是作用于主平面上的正应力。 (1)过一点总存在三对相互垂直的主平面,对应三个主应力,主应力排列规定按代数值由大到小为: 321σσσ≥≥ 最大切应力为 13 2 max σστ-= (2)任斜截面上的应力 α τασσσσσα2sin 2cos 2 2 xy y x y x --+ += α τασστα2cos 2sin 2 xy y x +-= (3) 主应力的大小 2 2min max )2 ( 2 xy y x y x τσσσσσ+-±+= 主平面的方位 y x xy tg σστα--= 220 4、主应变 12 2122x y x y xy xy x y ()()tg εεεεεεγγ?εε? = +±-+? = - 5、广义胡克定律 )]([1 z y x x E σσμσε+-=
)] ( [ 1 x z y y E σ σ μ σ ε+ - = )] ( [ 1 y x z z E σ σ μ σ ε+ - = G zx zx τ γ= G yz yz τ γ= ,G xy xy τ γ= 6、应力圆与单元体之间的对应关系可总结为“点面对应、转向相同、夹角两倍。” 8.1试画出下图8.1(a)所示简支梁A点处的原始单元体。 图8.1 [解](1)原始单元体要求其六个截面上的应力应已知或可利用公式直接计算,因此应选取如下三对平面:A点左右侧的横截面,此对截面上的应力可直接计算得到;与梁xy平面平行的一对平面,其中靠前的平面是自由表面,所以该对平面应力均为零。再取A点偏上和偏下的一对与xz平行的平面。截取出的单元体如图8.1(d)所示。 (2)分析单元体各面上的应力: A点偏右横截面的正应力和切应力如图8.1(b)、(c)所示,将A点的坐标x、y代入正应力和切应力公式得A点单元体左右侧面的应力为: z M y I σ= b I QS z z * = τ 由切应力互等定律知,单元体的上下面有切应力τ;前后边面为自由表面,应力为零。在单元体各面上画上应力,得到A点单元体如图8.1(d)。 8.2图8.2(a)所示的单元体,试求(1)图示斜截面上的应力;(2)主方向和主应力,画出主单元体;(3)主切应力作用平面的位置及该平面上的正应力,并画出该单元体。 解题范例
psi116/psi_user_guide116 Issue 201106 Rev 1 PDMS 11.6管道应力分析接口用户指南 NOTE: AVEVA Solutions has a policy of continuing product development: therefore, the information contained in this document may be subject to change without notice. AVEVA SOLUTIONS MAKES NO WARRANTY OF ANY KIND WITH REGARD TO THIS DOCUMENT, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. While every effort has been made to verify the accuracy of this document, AVEVA Solutions shall not be liable for errors contained herein or direct, indirect, special, incidental or consequential damages in connection with the furnishing, performance or use of this material. This manual provides documentation relating to products to which you may not have access or which may not be licensed to you. For further information on which Products are licensed to you, refer to your license conditions. Copyright 1991 through 2006 AVEVA Solutions Limited All rights reserved. No part of this document may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise, without prior written permission of AVEVA Solutions. The software programs described in this document are confidential information and proprietary products of AVEVA Solutions or its licensors. For details of AVEVA's worldwide sales and support offices, see our website at: https://www.doczj.com/doc/761839684.html, PSI 11.6 User Guide Contents-i Contents 1 Introduction (1) 1.1 About this User Guide (1) 1.2 Overview of the PSI application (1) 2 Starting the application (2) 3 The Groups Tab (5) 3.1 Creating a Stress Group (5) 3.2 Adding and Removing Members (5) 3.3 Rebuild Selected Group (7) 3.4 Find a Group (7) 4 The Display Tab (8) 4.1 Graphics (8) 4.2 Animation (10) 4.2.1 Animation Speed (10) 4.2.2 Processing Order (11) 4.3 Active Stress Group (11) 5 Menus and
1-1. 选择题 a. 下列材料中,D属于各向同性材料。 A. 竹材; B. 纤维增强复合材料; C. 玻璃钢; D. 沥青。 b. 关于弹性力学的正确认识是A。 A. 计算力学在工程结构设计的中作用日益重要; B. 弹性力学从微分单元体入手分析弹性体,因此与材料力学不同,不需要对问题作假设; C. 任何弹性变形材料都是弹性力学的研究对象; D. 弹性力学理论像材料力学一样,可以没有困难的应用于工程结构分析。 c. 弹性力学与材料力学的主要不同之处在于B。 A. 任务; B. 研究对象; C. 研究方法; D. 基本假设。 d. 所谓“完全弹性体”是指B。 A. 材料应力应变关系满足胡克定律; B. 材料的应力应变关系与加载时间历史无关; C. 本构关系为非线性弹性关系; D. 应力应变关系满足线性弹性关系。 2-1. 选择题 a. 所谓“应力状态”是指B。 A. 斜截面应力矢量与横截面应力矢量不同; B. 一点不同截面的应力随着截面方位变化而改变; C. 3个主应力作用平面相互垂直; D. 不同截面的应力不同,因此应力矢量是不可确定的。 2-2. 梯形横截面墙体完全置于水中,如图所示。已知水的比重为 ,试写出墙体横截面边界AA',AB,BB’的面力边界条件。 2-3. 作用均匀分布载荷q的矩形横截面简支梁,如图所示。根据材料力学分析结果,该梁 横截面的应力分量为 试检验上述分析结果是否满足平衡微分方程和面力边界条件。
2-4. 单位厚度的楔形体,材料比重为γ,楔形体左侧作用比重为γ1的液体,如图所示。试写出楔形体的边界条件。 2-5. 已知球体的半径为r,材料的密度为ρ1,球体在密度为ρ1(ρ1>ρ1)的液体中漂浮,如图所示。试写出球体的面力边界条件。
8 应力状态与应变状态分析 1、应力状态概念, 2、平面应力状态下应力分析, 3、主平面是切应力为零平面,主应力是作用于主平面上正应力。 (1)过一点总存在三对互相垂直主平面,相应三个主应力,主应力排列规定按代数值由大到小为: 321σσσ≥≥ 最大切应力为 13 2 max σστ-= (2)任斜截面上应力 α τασσσσσα2sin 2cos 2 2 xy y x y x --+ += α τασστα2cos 2sin 2 xy y x +-= (3) 主应力大小 2 2min max )2 ( 2 xy y x y x τσσσσσ+-±+= 主平面方位 y x xy tg σστα--= 220 4、主应变 12 2122x y x y xy xy x y ()()tg εεεεεεγγ?εε? = +±-+? = - 5、广义胡克定律
)]( [1 z y x x E σσμσε+-= )]([1 x z y y E σσμσε+-= )]([1 y x z z E σσμσε+-= G zx zx τγ= G yz yz τγ= , G xy xy τγ= 6、应力圆与单元体之间相应关系可总结为“点面相应、转向相似、夹角两倍。” 8.1 试画出下图8.1(a)所示简支梁A 点处原始单元体。 图8.1 [解](1)原始单元体规定其六个截面上应力应已知或可运用公式直接计算,因而应选用如下三对平面:A 点左右侧横截面,此对截面上应力可直接计算得到;与梁xy 平面平行一对平面,其中靠前平面是自由表面,因此该对平面应力均为零。再取A 点偏上和偏下一对与xz 平行平面。截取出单元体如图8.1(d)所示。 (2)分析单元体各面上应力: A 点偏右横截面正应力和切应力如图8.1(b)、(c)所示,将A 点坐标x 、y 代入正应力和切应力公式得A 点单元体左右侧面应力为: z M y I σ= b I QS z z *= τ 解题范例
应用弹塑性力学习题解答 目录 第二章习题答案 设某点应力张量的分量值已知,求作用在过此点平面上的应力矢量,并求该应力矢量的法向分量。 解该平面的法线方向的方向余弦为 而应力矢量的三个分量满足关系 而法向分量满足关系最后结果为 利用上题结果求应力分量为时,过平面处的应力矢量,及该矢量的法向分量及切向分量。 解求出后,可求出及,再利用关系
可求得。 最终的结果为 已知应力分量为,其特征方程为三次多项式,求。如设法作变换,把该方程变为形式,求以及与的关系。 解求主方向的应力特征方程为 式中:是三个应力不变量,并有公式 代入已知量得 为了使方程变为形式,可令代入,正好项被抵消,并可得关系 代入数据得,, 已知应力分量中,求三个主应力。 解在时容易求得三个应力不变量为, ,特征方程变为 求出三个根,如记,则三个主应力为 记 已知应力分量 ,是材料的屈服极限,求及主应力。 解先求平均应力,再求应力偏张量,, ,,,。由此求得 然后求得,,解出 然后按大小次序排列得到 ,,
已知应力分量中,求三个主应力,以及每个主应力所对应的方向余弦。 解特征方程为记,则其解为,,。对应于的方向余弦,,应满足下列关系 (a) (b) (c) 由(a),(b)式,得,,代入(c)式,得 ,由此求得 对,,代入得 对,,代入得 对,,代入得 当时,证明成立。 解 由,移项之得 证得 第三章习题答案 取为弹性常数,,是用应变不变量表示应力不变量。
解:由,可得, 由,得 物体内部的位移场由坐标的函数给出,为, ,,求点处微单元的应变张量、转动张量和转动矢量。 解:首先求出点的位移梯度张量 将它分解成对称张量和反对称张量之和 转动矢量的分量为 ,, 该点处微单元体的转动角度为 电阻应变计是一种量测物体表面一点沿一定方向相对伸长的装置,同常利用它可以量测得到一点的平面应变状态。如图所示,在一点的3个方向分别粘贴应变片,若测得这3个应变片的相对伸长为,,,,求该点的主应变和主方向。 解:根据式先求出剪应变。考察方向线元的线应变,将,,,,,代入其 中,可得 则主应变有 解得主应变,,。由最大主应变可得上式只有1个方程式独立的,可解得与轴的夹角为 于是有,同理,可解得与轴的夹角为。 物体内部一点的应变张量为 试求:在方向上的正应变。
ansys平面应力和平面应变问题: 如果能将三维问题简化为二维问题,将大大节约计算时间。对于平面应力和平面应变问题就可以实现这种简化,本问将介绍一下平面应力和平面应变的概念。 平面应力:只在平面内有应力,与该面垂直方向的应力可忽略,例如薄板拉压问题。 平面应变:只在平面内有应变,与该面垂直方向的应变可忽略,例如水坝侧向水压问题。 具体说来: 平面应力是指所有的应力都在一个平面内,如果平面是OXY平面,那么只有正应力σx,σy,剪应力τxy(它们都在一个平面内),没有σz,τyz,τzx。 平面应变是指所有的应变都在一个平面内,同样如果平面是OXY平面,则只有正应变εx,εy和剪应变γxy,而没有εz,γyz,γzx。 举例说来: 平面应变问题比如压力管道、水坝等,这类弹性体是具有很长的纵向轴的柱形物体,横截面大小和形状沿轴线长度不变;作用外力与纵向轴垂直,并且沿长度不变;柱体的两端受固定约束。 平面应力问题讨论的弹性体为薄板,薄壁厚度远远小于结构另外两个方
向的尺度。薄板的中面为平面,其所受外力,包括体力均平行于中面面内,并沿厚度方向不变。而且薄板的两个表面不受外力作用 在ANSYS有限元分析中,设置平面应变和应力的命令流方法有两种形式: A. ET,1,PLANE2,,,2 !定义单元类型和属性,设定平面应变问题keyopt(3)=2 B. ET,1,PLANE2 !定义单元类型 KEYOPT,1,3,2 !设定平面应变问题keyopt(3)=2 KEYOPT,1,5,0 KEYOPT,1,6,0 ANSYS接触分析: 刚性目标面-导向节点 1、缺省时,程序自动约束刚性目标面。也就是说,自动地将目标的位移和转动设定为零。 2、要模拟刚性目标的更复杂行为,可以创建一个特殊的单节点目标单元,称为导向节点。 >该单元通过具有相同的实常数属性与目标面联系起来。 比如: *set,_npilot,1000
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。
姓名:刘刚学号:15 平面应力应变分析有限元法 Abstruct:本文通过对平面应力/应变问题的简要理论阐述,使读者对要分析的问题有大致的印象,然后结合两个实例,通过MATLAB软件的计算,将有限元分析平面应力/应变问题的过程形象的展示给读者,让人一目了然,快速了解有限元解决这类问题的方法和步骤! 一.基本理论 有限元法的基本思路和基本原则以结构力学中的位移法为基础,把复杂的结构或连续体看成有限个单元的组合,各单元彼此在节点出连接而组成整体。把连续体分成有限个单元和节点,称为离散化。先对单元进行特性分析,然后根据节点处的平衡和协调条件建立方程,综合后做整体分析。这样一分一合,先离散再综合的过程,就是把复杂结构或连续体的计算问题转化简单单元分析与综合问题。因此,一般的有限揭发包括三个主要步骤:离散化单元分析整体分析。 二.用到的函数 1. LinearTriangleElementStiffness(E,NU,t,xi,yi,xj,yj,xm,ym,p) 2.LinearBarAssemble(K k I f) 3.LinearBarElementForces(k u)
4.LinearBarElementStresses(k u A) 5.LinearTriangleElementArea(E NU t) 三.实例 例1.考虑如图所示的受均布载荷作用的薄平板结构。将平板离散化成两个线性三角元,假定E=200GPa ,v=0.3,t=0.025m,w=3000kN/m. 1.离散化 2.写出单元刚度矩阵 通过matlab 的LinearTriangleElementStiffness 函数,得到两个单元刚度矩阵1k 和2k ,每个矩阵都是6 6的。 >> E=210e6 E = 210000000 >> k1=LinearTriangleElementStiffness(E,NU,t,0,0,0.5,0.25,0,0.25,1) k1 =
中国矿业大学力学实验报告 姓名白永刚 班级 土木11-9班 实验日期2012-12- 30 实验七 平面应力状态下的主应力测试 薄壁圆筒在弯扭组合变形作用下的主应力测定 一、实验目的 1、用电测法测测定平面应力状态下主应力的大小及方向,并与理论值进行比较。 2、测定薄壁圆筒在弯扭组合变形作用下的弯矩和扭矩。 3、学习电阻应变花的应用。 4、学习用各种组桥方式测量内力的方法,进一步熟悉电测法的基本原理和操作方法。 二、实验设备 ①弯扭组合实验装置②电阻应变测力仪一套 三、实验原理及方法 1.测定主应力的大小和方法 薄壁圆筒弯扭组合变形受力简图如图1,横截面A-B 为被测位置,由应力状态理论分析可知,薄壁圆筒表面上的A 、B 点处于平面应力状态。 若在被测位置xy 平面内,沿xy 方向的线应变为、,剪应变为,根 x εy εxy γ据应变分析可知,该点任一方向的线应变计算公式为 α
+1 cos 2sin 22 22 x y x y xy αεεεεσαγα-= + -(1) 由此得到主应变和主应力的方向分别为 2x x y y εεεε+= 0tan 2xy x y γαεε=- -(2) 对于各向同性材料,主应变、和主应力、方向一致,应用广义胡克定 1ε2ε1σ2σ律,即可确定主应力、1σ2 σ (3) ()1122 E = +1-σεμεμ()2212 E = +1-σεμεμ式中E 、分别为构件材料的弹性模量和泊松比。μ该实验采用1/4桥公共补偿测量 2.测定弯矩 薄壁圆筒虽为弯扭组合变形,但A 和C 两点沿X 方向只有因弯曲应力引起的拉伸或压缩应变,且两者数值相等,符号相反,故采用半桥测量, 设测得A 、B 两点由弯矩引起的轴向应变为。由广义胡克定律得 M ε (4) M =E σε由截面上最大弯曲应力公式,可得到截面A 、B 的弯矩实验值Z M = W σ为 (5) () 44M=E 32M Z M E D d W D πεε-= 3.测定扭矩 当薄壁圆筒受纯扭转时,B 、D 两点45o 方向和-45o 方向的应变片都是 沿主应力方向。且主应力、数值相等符号相反,因此采用全桥测 1σ2σ量,可得B 、C 两点由扭矩引起的主应变由平面应力状态的广义胡克 T ε定律得 (6)()()T 112T T 22E E E = +=[+-]=1-1-1+εσεμεεμεμμμ 管线不仅可以解决吊顶对全部高中资料试卷电据生产工艺高中资料试卷要保护高中资料试卷配置技术