压力管道应力分析基础理论
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管道应力分析基础知识2009-04-09 13:551. 进行应力分析的目的是1) 使管道应力在规范的许用范围内;2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准;3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载;4) 解决管道动力学问题;5) 帮助配管优化设计。
2. 管道应力分析主要包括哪些内容?各种分析的目的是什么?答:管道应力分析分为静力分析和动力分析。
1) 静力分析包括:(l)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――防止法兰泄漏;(6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。
2) 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)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振;(4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。
3. 管道应力分析的方法管道应力分析的方法有:目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。
选用什么分析方法,应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。
4. 对管系进行分析计算1) 建立计算模型(编节点号),进行计算机应力分析时,管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点:(1)管道端点(2)管道约束点、支撑点、给定位移点(3)管道方向改变点、分支点(4)管径、壁厚改变点(5)存在条件变化点(温度、压力变化处)(6)定义边界条件(约束和附加位移)(7)管道材料改变处(包括刚度改变处,如刚性元件)(8)定义节点的荷载条件(保温材料重量、附加力、风载、雪载等)(9)需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点)(10) 动力分析需增设点2) 初步计算(输入数据符合要求即可进行计算)(1) 利用计算机推荐工况(用CASWARII计算,集中荷载、均布荷载特别加入)(2) 弹簧可由程序自动选取(3) 计算结果分析(4) 查看一次应力、二次应力的核算结果(5) 查看冷态、热态位移(6) 查看机器设备受力(7) 查看支吊架受力(垂直荷载、水平荷载)(8) 查看弹簧表3) 反复修改直至计算结果满足标准规范要求(计算结果不满足要求可能存在的问题)(1) 一次应力超标,缺少支架(2) 二次应力超标,管道柔性不够或三通需加强(3) 冷态位移过大,缺少支架(4) 热态水平位移过大,缺少固定点或Π型(5) 机器设备受力过大,管道柔性不够(6) 固定、限位支架水平受力过大,固定、限位支架位置不当或管道柔性不够(7) 支吊点垂直力过大,可考虑采用弹簧支吊架(8) 弹簧荷载、位移范围选择不当,人为进行调整5. 编制计算书,向相关专业提交分析计算结果1) 计算书内容(1) 一次应力校核内容(2) 二次应力校核内容(3) 约束点包括固定点、支吊点、限位导向点和位移点冷态、热态受力(4) 各节点的冷态、热态位移(5) 弹簧支吊架和膨胀节的型号等有关信息(6) 离心泵、压缩机和汽轮机的受力校核结果(7) 经分析最终确定的管道三维立体图,包括支吊架位置、形式、膨胀节位置等信息2) 向相关专业提交分析计算结果(1) 向配管专业提交管道应力分析计算书,计算书不提供给甲方(2) 向设备专业提交设备需确认的设备受力(3) 如果支撑点、限位点、导向点的荷载较大,应向结构专业提交荷载数据(4) 将往复压缩机管道布置及支架设置提交压缩机制造厂确认6. 何谓一次应力,何谓二次应力?分别有哪些荷载产生?这两种应力各有何特点?答:一次应力是指由于外加荷载,如压力或重力等的作用产生的应力。
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典型的案例分析摘要:压力管道应力的分析是压力管道设计的重要内容,随着压力管道应用越来越普及,对它的认识也越来越深入,压力管道的重要性也逐渐的凸显出来。
压力管道的应力作用直接关系到管道的正常使用和操作的安全。
本文主要对压力管道应力进行分析,阐述其基本内容,从而更好的掌握压力管道的相关工作内容,促进压力管道应力分析的标准化和规范化。
关键词:压力管道;应力分析;内容;事例引言在压力管道使用的过程中,常常会伴随着一系列的问题,如果得不到很好的解决会严重的影响压力管道正常的使用。
通过阐述管道应力分析内容为维护压力管道应力正常运行提供理论的依据。
经过案例分析进步了解一些压力管道应力分析的机理。
一、压力管道应力分析的内容压力管道应力的分析关系到压力管道安装后的使用情况,所以加强对压力管道应力分析,提高压力管道正常运行的重要依据。
压力管道应力分析的内容主要涉及到以下的几个方面:(一)分析管道系统的载荷来源。
管路系统的载荷主要分为一次应力载荷和二次应力载荷,一次应力载荷通常指管道系统正常生产时的内外压力作用、管道系统自身的重力、设备运行中的压力脉冲对管道系统的作用以及瞬间内承受的载荷(风力、地震,泵瞬时启动的压力载荷等)。
二次应力载荷通常是指管路运行时产生的热膨胀载荷、冷紧是产生的载荷、由于设备沉降产生的管道系统支点位移产生的载荷。
(二)静力分析通过对管路系统内压荷载和持续荷载作用下的一次应力分析计算、管道系统冷热膨胀位移产生的二次应力分析计算、管道系统与相关设备的相互作用及管口校核、管道系统的支吊架的受力分析、可以有效防止管道发生塑性变形、管道疲劳损坏,确保管道系统与设备的安全运行。
(三)动力分析管道系统设计应避免管道振动和管道共振,对振动管线特别是往复式压缩机、往复泵的相关管线要重点进行分析,主要包括管道内气(液)柱的频率分析,使其避开激振频率;压力脉冲不均匀度分析,控制压力脉动值;管道系统固有频率,各个节点的振幅及动应力分析,通过设置管道防震支架和优化配管设计,避免产生共振。
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。