压力管道应力分析的内容及特点 马佳
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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。
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。
ASME B31《压力管道规范》由几个单独出版的卷所组成,每卷均为美国国家标准。
它们是子ASME B31 压力管道规范委员会领导下的编制的。
每一卷的规则表明了管道装置的类型,这些类型是在其发展过程中经考虑而确定下来的,如下所列:B31.1 压力管道:主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分区的供热和供冷系统中的管道。
B31.3 工艺管道:主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体和制冷工厂,以及相关的工艺流程装置和终端设备中的管道。
B31.4 液态烃和其他液体的输送管线系统:工厂与终端设备剑以及终端设备、泵站、调节站和计量站内输送主要为液体产品的管道。
B31.5 冷冻管道:冷冻和二次冷却器的管道B31.8 气体输送和配气管道系统:生产厂与终端设备(包括压气机、调节站和计量器)间输送主要为气体产品的管道以及集汽管道。
B31.9 房屋建筑用户管道:主要为工业设备、公共结构、商业和市政建筑以及多单元住宅内的管道,但不包括B31.1 所覆盖的只寸、压力和温度范围。
B31.11 稀浆输送管道系统:工厂与终端设备间以及终端设备、泵站和调节站内输送含水稀浆的管道。
管道应力分析的主要内容一、管道应力分析分为静力分析析1.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一一防止疲劳破坏;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一防止法兰汇漏。
2.动力分析包括:1)管道自振频率分析一一防止管道系统共振: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)柱频率分析一一防止气柱共振;4)往复压缩机(泵)压力脉动分析——控制压力脉动值。
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。
管道应力分析1. 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∏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。
1. 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∏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。
管道应力分析应力分析1. 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。
管道应力分析应力分析1. 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。
管道应力分析应力分析1. 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。
压力管道应力分析的内容及特点马佳
发表时间:2019-10-10T10:51:38.057Z 来源:《建筑学研究前沿》2019年13期作者:马佳
[导读] 压力管道应力分析是管道设计中最关键的工作之一。
管道设计应根据工业金属管道设计规范进行,进行管道设计应该从管道应力、管道材料和配管方面着手。
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摘要:压力管道应力分析是管道设计中最关键的工作之一。
管道设计应根据工业金属管道设计规范进行,进行管道设计应该从管道应力、管道材料和配管方面着手。
因为压力管道上存在复杂性的各种载荷,进行压力管道的应力分析的难度较大,导致阻碍管道设计工作,而且管道在运行和生产过程中的安全和质量关键是因为应力而存在的,因此找到管道应力分析的方法具有重要意义。
论述压力管道的应力特点和分布,能够提供给工程施工、管道选择和管道设计可靠的信息数据作参考,进而确保土建结构与管道连接的设备和管道自身的安全,保证了整个生产作业的安全,使压力管道提高使用价值。
关键词:应力;特点;压力;内容;管道
前言:压力管道具有十分广泛的应用范围,而且在各个场所中的应用作用十分关键,压力管道关键作用是运输物质,在重要的大型建设工程中应用,如冶金工程、电力工程、天然气体、石油化工等,为满足一些需要进行供给或运输。
因为外界环境因素与整个管道系统均会很大程度的影响到压力管道应力,而且会受影响于流体的流动,这使应力分析增加了复杂度,应力分析压力管道应该结合实际的管道状况,尽量将接近实际、正确的分析结果准确模拟出来。
1应力分析压力管道的涵义
在市政建设行业、化工行业、石油石化等产业普遍应用到管道,这些行业存在较高要求的工程安全指数与投资额,对压力管道进行应力分析应该对概念充分了解。
应力指的是管道构件应用在建设需要中承受的单位面积内力,其在荷载外力下形成的值较大,若是超出能够承受的材料极限强度,将造成管材失稳、破裂、变形等状况,关键在于因为外部热荷载与机械荷载导致的。
应力分析管道的状况下,能够确保良好的使用工艺装置而且保持其柔软性,精准的计算与分析热荷载与机械荷载后,获取设计管道的配件参数,计算变形与应力、应力与荷载,提供给管道配置合理的数据凭据,能够使管道产生的震动干扰减少,进而错开震源的震动频率,使管道的可靠性与安全性得到确保。
2应力分析压力管道的内容
清楚了解分析的种类是应力分析压力管道的重要前提基础,按照不同种类应力的特点,应用针对性措施是压力管道减小应力,按照压力管道承受应力的作用方向、范围、强度大小,能够将压力管道上承受的应力分类成一、二次应力与峰值应力。
应力分析压力管道的关键内容是管道材料的承受力、应力的影响因素、应力种类、管道应力分布、工作流程、分配的分析任务等。
最重要的是应力种类,关于管道的设计工作技术方面的最基本要求是对应力的种类掌握了解并且快速分析。
2.1压力管道一次应力分析内容
导致压力管道形成一次应力是因为受到一定的外载荷,致使压力管道上存在外载荷的关键原因为受影响于外界力,如风压、介质压力、重力等,通过受到的平衡受力得知外界力与一次应力具有相同的大小,一次应力伴随改变的外界力改变,所以所以具备无自限性特点的一次应力所以出于无线增大的外力影响下,压力管道将无限制增长受到的应力,进而产生压力管道变形或裂缝的现象,然而压力管道受到的应力方向相反于外界力方向。
因为压力管道受到的不确定方向的外界力,导致存在不同分布范围的应力,能够按照压力管道受到作用范围的一次应力,分成局部薄膜弯曲一次应力、一次应力与总体薄膜一次应力导致压力管道变形与破裂的关键原因在于被一次应力所影响,压力管道承受的一次应力大小若是比压力管道材料具备的塑性变形值大的状况下便会产生这种现象,进而致使运输流体在压力管道中对正常运行工程项目产生影响与损失。
所以想要防止产生一次应力超出管材具备的塑性变形值,应该压力管道承受的外界力严格控制,而且在对压力管道选取管材时保证相较于外界力管材具备的塑性变形值更大。
2.2压力管道二次应力分析内容
像气体一样,被温度所影响,流体的体积大小将受到影响,因为对于液体来讲,压力管道具备的变形性特别小,在低温或高温的状况下,压力管道会出现热胀冷缩的状况,而且因为温度等原因导致连接于压力管道的设备出现初始位移,因为管道在这些状况下形成的变形致使被约束于外界条件,如土建结构、设备管口等,使应力形成,二次应力是因为附加位移与热胀冷缩等形成的。
二次应力最基本的不同在于,二次应力没有一次应力存在的无自限性,而且二次应力不会由于改变外界力的大小而受到改变,若是外界力导致产生局部屈服的状况下,管道出现变形直到外界力和一次应力处于平衡状态,也不会影响到二次应力。
在压力管道存在很大的塑性变形值的基础上,压力管道受到初次荷载的状况下,导致破坏压力管道的原因不是二次应力,压力管道受到多次变化的荷载的状况下,导致压力管道不断降低塑性变形值,使管道产生疲劳破坏的状况,压力管道会受到二次压力重要的破坏,关于管道受到二次应力而遭到破坏的状况,并非是受到一次应力限定的破坏时间,是因为循环次数与交变的应力导致的。
2.3压力管道峰值应力分析内容
在局部范畴中压力管道遭受的应力便是峰值应力,并非是压力管道承受的最大应力值,因为压力管道具有十分复杂的形状,会产生形状突变如急转等状况,受影响于突然产生变化的荷载致使峰值应力受力于压力管道,导致产生峰值的原因紧密关系着压力管道中构成设备仪器的形式,峰值压力不会导致压力管道产生破裂与变形的现象,然而在压力管道产生疲劳受力的状况下,若是受到峰值应力将导致压力管道破裂的状况形成。
3应力分析压力管道的特点探讨
伴随我国目前不断发展的科学技术和应力分析压力管道方面不断提高的技术水平,应力分析压力管道的状况下越发能够有效、清楚的将相关应力处理,然而在处理压力管道应力管道应力方面相比于西方发达国家还有明显的差异存在,导致产生差异的关键原因在于规范的校核原则不足。
应力分析压力管道的过程中,设计人员通常情况下对局部薄膜应力和一次弯曲应力分析忽视,无法对产生一次应力的原因与受力全面的了解,进而致使对压力管道分析的数据有一定程度的差错产生,使工作人员编制的后期数据报告存在错误,从而使正常运行
压力管道受到影响。
对压力管道分析一次应力的分析目的在于防止未运行压力管道就产生破裂或产生坍塌现象,压力管道的应力分析过程在出现二次应力的分析目的在于防止使用压力管道的时和低温与高温变化的情况下产生管道凹陷与涨裂的状况,对正常的压力管道运输流体造成影响,对峰值应力分析的目的在于避免管道突变的部分产生管道破裂状况。
结束语
总而言之,因为我国是发展中国家,正在不断进行着工业化建设,使用压力管道的情况关系到各个工业领域建设。
特别是化工类工业流程,因为运送介质物料需要大量的管道,使生产系统完整形成。
所以,建设工程的设计环节,十分关键的设计管道的工作,在设计管道的过程中应力分析对管道的质量安全起到直接影响,管道是运输介质物料的重要载体,尤为关键的是管道的安全质量,有必要针对压力管道进行应力分析,对应力分析清楚分布状况与形成原因,进而能够更加有效的对管道应力问题处理解决。
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