应力分析基础
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CATIA材料应力分析CATIA(计算机辅助三维交互应用)是一种先进的计算机辅助设计软件,被广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
在设计产品时,了解材料在应力下的行为非常重要,CATIA能够通过材料应力分析来帮助工程师评估产品的可靠性和安全性。
本文将对CATIA材料应力分析进行详细介绍。
一、CATIA材料应力分析基础材料应力分析是指通过计算和模拟,在给定加载情况下对材料的应力进行预测和分析。
为了进行材料应力分析,CATIA提供了以下基础知识和工具:1. 材料特性定义:在进行应力分析之前,首先需要定义材料的特性,如弹性模量、泊松比、屈服强度等。
这些特性将直接影响材料在应力下的行为。
2. 载荷定义:CATIA允许用户定义多种载荷类型,如压力、力、力矩等。
用户可以根据实际情况进行选择和设置。
3. 材料性能模型:CATIA提供了多种材料性能模型,如线性弹性、非线性弹性、塑性等。
用户可以根据材料的实际性能选择合适的模型。
4. 网格划分:为了进行数值分析,需要将模型离散为有限单元,即网格。
CATIA提供了自动和手动两种网格划分方法,以满足不同需求。
二、CATIA材料应力分析流程在CATIA中进行材料应力分析的一般流程如下:1. 几何建模:首先,使用CATIA进行几何建模,创建产品的三维模型。
这涉及到创建构件、装配和表面定义等步骤。
2. 材料定义:根据产品的实际使用条件和要求,定义材料的特性参数,如弹性模量、屈服强度等。
3. 载荷和边界条件定义:设定产品在使用时所受到的载荷和边界条件,如外力、支撑条件等。
4. 网格划分:将产品几何模型离散化为有限单元网格。
使用CATIA 的网格生成工具,可以根据需要进行自动或手动的网格划分。
5. 材料性能模型选择:根据材料的实际性能和行为,选择合适的材料性能模型,并进行参数设置。
6. 求解:进行应力计算。
CATIA利用数值方法求解有限元方程,得出产品在加载情况下的应力分布和变形情况。
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:(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一一防止作用力太大,保证设备正常运行;(4) 管道支吊架的受力计算一一为支吊架设计提供依据;(5) 管道上法兰的受力计算一一防止法兰泄漏;(6) 管系位移计算一一防止管道碰撞和支吊点位移过大。
2) 动力分析包括:(1) 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一一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)⑺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CASWARI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n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.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。
2.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。
3.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。
4.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日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;5)为了进行操作工况碰撞检查而确定管于的位移;6)为了优化管系设计。
5.管道柔性设计方法的确定一般说来,下述管系必须利用应力分析软件(如 CAESAR II)通过计算机进行计算及分析。
应⼒分析基础知识及建模2020.07.22第⼀部分应⼒分析简介 (1)1.0 应⼒分析任务 (1)1.1管道静⼒分析的任务 (1)1.2管道动⼒分析的任务 (1)1.3应⼒分析的⽬的 (2)2.0 管系应⼒分析 (3)2.1管道系统中的应⼒ (3)2.2管道系统应⼒ (5)2.3影响管道系统分析的参数 (6)2.4冷紧 (6)2.5应⼒分析应⽤经验 (6)3.0 需要应⼒分析管道的确定 (7)3.1 GB 50316的规定 (7)3.2 GB/T 20801的规定 (8)3.3 ASME B31.3 的规定 (8)3.4主要的标准规范 (8)3.5碳钢管道的许⽤应⼒ (8)4.0 编辑计算书 (9)5.0 应⼒分析结果校审注意事项 (10)6.0 ⽔压试验和⽓压试验 (12)6.1试验⽅法的选择基础 (12)6.2保压时间 (12)第⼆部分软件介绍 (13)1.0 初始界⾯ (13)2.0 管系输⼊界⾯ (15)3.0 管系输⼊基本内容 (17)4.0 材料 (19)5.0 保温、内衬 (21)6.0 温度压⼒设置 (21)7.0 增加材料库 (22)第三部分⽀架形式模拟 (23)1.0 普通⽀架的模拟 (23)1.1 U型⽀架 (23)1.2 承重⽀架 (23)1.3 导向⽀架 (24)1.4 限位⽀架 (26)1.5 固定⽀架 (26)1.6 吊架 (27)1.7 ⽔平拉杆 (27)1.8 弹簧⽀架模拟 (28)1.9 弹簧安装荷载 (31)2.0 附塔管道⽀架的模拟 (32)3.0 弯头上⽀架 (34)4.0 液压阻尼器 (36)5.0 CAESARII可模拟虾⽶弯,但变径虾⽶弯不能模拟 (37)6.0 承重⽀架沉降模拟 (37)第四部分管道应⼒分析中弯头和三通的特殊性 (38)1.0 弯头的K和SIF值 (38)1.1弯头的SIF (38)1.2弯头的柔性系数K (38)1.3影响弯头SIF和柔性系数K的因素 (38)2.0 带法兰弯头的模拟 (39)3.0 假管⽀架分析 (39)3.1 Caesar中带假管的弯头分析 (39)3.2 弯头假管⽀架的应⼒分析和特殊形式假管⽀架的SIF和柔性计算 (40)4.0 CAESAR中三通模拟 (40)4.1 ⾮标三通 (40)4.2 三通柔性对管道应⼒分析的影响 (40)4.3 三通的详细分析 (41)第五部分管道⽀架的设计与选型 (42)1.0 管道⽀架的作⽤ (42)1.1 操作⼯况和试验⼯况⽀撑管道的重量 (42)1.2 热胀荷载 (42)1.3 承受偶然的地震荷载 (42)1.5 抑制管道振动 (42)1.6 承受偶然的风荷载 (42)1.7 在系统进⾏备⽤设备切换过程中⽀撑 (43)1.8 控制噪⾳ (43)1.9 维修⼯况下⽀撑管道 (43)1.10 关闭情况下提供的⽀撑 (43)1.11 安装状态下提供的⽀撑 (43)2.0 管道⽀架设计导则 (44)2.1 管道跨距 (44)2.2 ⾮保温⽀撑 (44)3.0 ⽀架摩擦⼒在应⼒分析中的应⽤ (45)4.0 弹簧选型 (46)4.1 可变弹簧选型步骤 (46)4.2 恒⼒弹簧选型步骤 (47)4.3 弹簧选型注意步骤 (47)5.0 热态持续应⼒校核 (48)6.0 减振和防冲击⽀架 (49)6.1 减振⽀架 (49)6.2 刚性限位拉杆 (51)6.3 阻尼器 (52)7.0 如何模拟阻尼器 (54)第六部分管件的模拟 (55)1.0 法兰和阀门的模拟 (55)2.0 ⼤⼩头模拟 (56)3.0 安全阀的模拟 (57)4.0 弯头的模拟 (58)5.0 ⽀管连接形式 (59)6.0 膨胀节的模拟 (60)6.1 ⼤拉杆横向型膨胀节 (60)6.2 铰链型膨胀节 (72)7.0 ⼤⼝径管道的模拟 (78)7.1 管道壁厚计算 (78)7.3 管道柔性 (79)7.4 局部应⼒ (79)7.5 ⼤⼝径管道建模 (79)第七部分⾼温⾼压管道分析 (81)1.0 典型特点 (81)2.0 典型管道 (82)3.0 材料选择 (82)4.0 ⾼温蠕变 (82)第⼋部分埋地管道应⼒分析 (88)1.0 长输管道应⼒分析 (88)1.1 地下长直部分 (88)1.2 出⼊⼟站场部分 (89)1.3 压缩机和泵站部分 (89)2.0 埋地管道应⼒分析过程 (90)2.1 系统建模 (90)第九部分夹套管道应⼒分析 (94)1.0 夹套管基本知识 (94)1.1 什么情况使⽤夹套管 (94)1.2 Caesar中输⼊的密度 (94)1.3 夹套管应⼒校核 (94)1.4 焊缝校核的许⽤值 (96)1.5 模型的建⽴ (96)2.0 夹套管基本知识 (97)第⼗部分设备模拟 (101)1.0 塔 (101)1.1 板式塔的模拟 (101)1.2 填料塔的模拟 (102)1.3 除了模拟塔体的温度,还需模拟塔裙座的温度 (105)2.0 ⾼塔管道的应⼒分析 (106)2.1 分析输⼊ (107)2.2 ⾼塔温度纵断图 (107)2.4 和塔连接管道的⽀撑 (109)2.5 管⼝载荷校验 (110)3.0 ⾼塔⽴式再沸器管道的应⼒分析 (111)3.1 应⽤规范和标准 (111)3.2 输⼊要求 (111)3.3 模型温度基准 (112)3.4 再沸器往往通过管道迸⾏模拟 (112)3.5 ⽀撑式布置 (113)4.0 管壳式换热器管道布置及应⼒分析 (116)4.1管程&壳程流体选择的⼀般原则 (116)4.2管壳式换热器的管道布置和⽀撑 (117)4.3管道应⼒分析注意事项 (118)5.0 换热器,再沸器 (119)5.1 换热器模拟也分两种情况 (119)5.2 ⾼塔⽴式再沸器管道应⼒分析 (120)6.0 板式换热器 (126)7.0 空冷器 (127)7.1 空冷器的制造 (128)7.2 空冷器的单元布置 (128)7.3 空冷器使⽤标准 (128)7.4 空冷器管束 (129)7.5 不同类型翅⽚管 (129)7.6 翅⽚材料 (130)7.7 顶盖 (130)7.8 空冷器不同类型的控制 (131)7.9 空冷器的类型 (131)7.10 空冷器的布置 (131)7.11 空冷器管道布置 (132)7.12 空冷器接管的管道应⼒分析 (134)7.13 空冷器管⼝校核 (134)7.14 空冷器进⼝管道和出⼝管道不在同⼀侧 (135)7.15空冷器进⼝管道和出⼝管道在同⼀侧 (137)8.0 泵 (139)8.1 泵的模拟 (140)8.2 分析⼯况的准备 (140)8.3 计算结果的分析 (141)8.4 转动设备的特殊考虑 (141)9.0 压缩机,透平 (141)9.2压缩机管⼝载荷校核 (144)9.3离⼼压缩机分析需要注意的事项 (144)10.0 加热炉管道布置与应⼒分析 (145)10.1加热炉管道系统及其布置 (145)10.2加热炉⼯艺管道分析 (146)10.3管道应⼒分析模型建⽴ (147)第⼗⼀部分校核设备法兰冷对中 (150)第⼗⼆部分管⼝校核 (152)1.0 设备管⼝载荷校验 (152)1.1介绍 (152)1.2静设备的管⼝载荷 (152)1.3转动设备的管⼝载荷 (153)1.4转动设备的管⼝载荷 (154)1.5设备管⼝FEA检查⽅法 (154)2.0 WRC107 (156)3.0 Nema 23 (160)4.0 API617 (162)5.0 API610 (164)6.0 开⼝接管外荷载校核 (167)7.0 CAESARII软件中WRC107和WRC297校核步骤 (168) 7.1 WRC107的使⽤范围 (168)7.2 WRC297的使⽤范围 (168)7.3 WRC107和297的区别 (168)7.4 WRC限制 (169)7.5 使⽤WRC较核时需要的输⼊数据 (169)7.6 使⽤WRC较核时需要的输⼊数据 (169)7.7 FEA107和NozzlePRo软件介绍 (172)8.0 压⼒容器管⼝载荷表注意事项 (174)第⼗三部分法兰泄露分析 (176)1.0 法兰泄露分析的⽅法 (176)2.0 CAESARⅡ当量压⼒法校核法兰泄漏 (177)3.0 CAESAR II中NC3658.3法兰泄漏分析 (179)4.0 CAESAR II中 ASME VIII卷法兰泄漏分析 (182)5.0 垫⽚对法兰泄漏的控制 (185)5.1 垫⽚阻⽌泄漏的⼯作原理 (186)5.2 垫⽚类型 (186)5.3 常⽤垫⽚结构 (187)5.4 垫⽚规范 (188)5.5 垫⽚的选择 (188)5.6 影响响垫⽚性能的参数 (189)第⼗四部分⼯况组合 (191)1.0 地震 (192)2.0 风载 (194)3.0 偶然载荷编辑⼯况 (197)4.0 安全阀起跳⼯况 (197)5.0 沉降 (199)第⼗五部分特殊情况 (200)1.0 ⾮线性不收敛问题 (200)2.0 中间点受⼒ (203)3.0 介质密度 (204)第⼗六部分补偿器模拟 (205)1.0 旋转补偿器 (205)2.0 旋转补偿器建模 (211)第⼗七部分振动 (216)1.0 振动基本知识 (216)1.1系统内部的振动 (216)1.2系统外部的振动 (216)3.0 振动解决⽅案 (219)3.1风载荷引起的管道振动 (219)3.2地震载荷引起的管道振动 (220)3.3两相流管道振动 (220)3.4⽔锤引起的管道振动 (221)3.5喘振引起的管道振动 (221)3.6设备振动引起的管道振动 (222)3.7往复压缩机和往复泵管道的振动 (222)4.0 蒸汽振动解决⽅案 (222)第⼗⼋部分热拱 (225)1.0 热拱现象 (225)第⼗九部分结果分析 (228)1.0 弹簧 (228)2.0 单元应⼒ (229)3.0 约束反⼒ (230)4.0 节点位移 (230)5.0 符号代表 (230)6.0 局部坐标受⼒ (231)第⼆⼗部分转动设备的允许受⼒ (232)1.0 汽轮机和压缩机的受⼒限制 (232)2.0 离⼼泵的受⼒限制 (236)第⼆⼗⼀部分静设备的允许受⼒ (240)1.0 加热炉的允许受⼒ (240)3.0 法兰的允许受⼒ (242)第⼆⼗⼆部分转动设备的柔性设计 (243)1.0 离⼼泵管道的柔性设计 (243)2.0 汽轮机和离⼼压缩机管道的柔性设计 (244)第⼆⼗三部分冷紧和⾃冷紧 (246)1.0 冷紧 (246)2.0 ⾃冷紧 (247)第⼆⼗四部分动态分析 (248)1.0 ⾃振频率分析 (248)2.0 安全阀反⼒计算 (250)3.0谐波分析 (252)4.0响应谱分析 (254)5.0地震 (258)6.0模态分析详解 (259)第⼆⼗五部分应⼒分析基本知识汇总 (271)。