管道应力分析及柔性设计

今天借这个机会和大家共同学习和探讨一下管道柔性分析与应力计算以及应力计算软件CAESARⅡ。

我们作为管道工程师,配管是我们的主要工作，占据了我们大部分工作时间。

一般情况下，管道工程师在配管完成后,应将临界管系提给管道机械工程师进行管道柔性分析与应力计算，通常也简称为应力分析。

我们在配管完成后，为什么要进行管道应力分析呢?主要有以下几个原因：第一个原因是为了使管道应力在规范的许用范围内，保证所设计的管系及其连接部分的安全性。

第二个原因是为了使管口荷载符合标准规范的要求。

第三个原因是为了计算支撑和约束的设计荷载。

第四个原因是为了计算管道位移，从而选择合适的管架。

第五个原因是为了解决管道动力学问题，比如说：机械振动，声频振动，流体锤，压力脉动,安全阀的排放等等。

最后一个原因是为了帮助配管优化设计。

这些原因呢也构成了管机工程师需要完成的工作任务，对这些内容呢后面我们会作进一步学习。

今天我们学习的内容包括以下五个部分:1.管道应力分析的相关理论和基础知识。

我们简单的学习一下与管道应力分析相关的一些理论和基础知识。

2.管道应力分析的理解和工作任务。

3.实际工作中的管道应力分析的工作过程。

4.管道的柔性设计。

5。

CAESARⅡ管道应力计算程序。

我们首先一起学习一下应力分析的理论基础一管道应力分析的相关理论和基础知识。

应力分析的相关理论和基础知识涉及的内容是非常广泛的，象是材料力学，结构力学，有限元,弹塑性力学等等。

今天我们只学习和它关系最为密切的一些内容。

如果有兴趣的话，大家可以在以后时间里进一步学习其他相关知识。

我们学习的第一点是强度理论在管系上的任一受力点，往往受到多方向应力的作用，例如：轴向应力，环向应力，剪切应力的作用.这些应力会对管道材料的力学性能产生影响，严重时将使管道材料失效或产生破坏。

这种影响程度通常用“当量应力强度”来衡量，而定量求解应力强度则要依据相应的强度理论。

涉及的强度理论主要有四种：第一种是最大主应力理论。

管道设计中的应力分析和处理技巧刘进辉摘要从管道应力产生的原理和处理方法出发，明确的阐述了应力处理的原则。

分步叙述了管道的补偿、管道柔性分析方法的选择，图解简化计算、判断式、计算机分析中的一些技巧和方法。

主题词应力补偿管道上的应力一般分为一次应力、二次应力和峰值应力。

一次应力是指由管道所受外力荷载引起的正应力和剪应力。

二次应力是由于管道变形受约束所产生的正应力和剪应力。

峰值应力是管件的局部结构不连续，有应力集中，或有局部热应力，附加到一次应力和二次应力的总合。

一次应力和峰值应力在确定的管道和管道环境中是不会变化的，这里我想主要谈谈管道的二次应力。

由定义可知，二次应力是由于管道变形受阻而产生的，它不直接与外力相平衡，而是由管道各部分变形来适应的。

在热胀推力的作用下，管道局部屈服而产生少量塑性变形时，就会使推力不在增加，塑性变形不在发展，即有自限性。

对于塑性良好的材料，一次伸缩即使产生较大的变形也不会破坏。

只有塑性变形在多次交变的情况下，才会引起管道的疲劳破坏。

当热力管道启动时，热力由内壁向外壁传递，内外壁管道有温差，管道温度不均匀，而产生温度应力，一般计算中不考虑。

不同材料的管道和管件焊接时，由于膨胀系数和弹性模量不同，当温度升高时，相连处存在热应力。

此应力也属二次应力。

一、管道的补偿在诸多因素中，温度的变化对管道应力的影响最大，而温度升高，又会降低管道的许用应力，只有当管道在工作状态下的应力小于许用应力，管道才是安全的。

那么我们怎样才能解决管道由于各种界环境变化而形变带来的二次应力呢？简单的说就是“膨胀多少，补偿多少”！。

管道在热胀或冷紧时不受阻，或在安全应力内受阻是我们补偿的最终目的。

首先我们来明确几个重要参数：右图是一“L”型管道，A、B分别为管道的两个固定点，L1+L2=L是管道的长度，U是两个固定点间的距离，Δ是管道的膨胀量。

这里需要对Δ详细说明一下，它是管道的线性膨胀量和管道位移的矢量加和。

基于应力分析的化工管道柔性设计分析摘要：伴随着我国社会经济的不断发展，化工行业也蒸蒸日上，在百姓的生活经济中扮演者重要角色，因此对于化工管道的安装要求也逐渐增高。

本文主要对基于应力分析的化工管道柔性设计进行分析。

关键词：应力分析；化工管道；柔性设计引言化工工艺管道的伴热设计可防止管道内部的介质凝固、分离、冷凝，还能使管道内部长期保持一个温度。

简言之，伴热设计能优化管道内部的性能，从而实现热量有效传输。

1柔性设计的目的及要求化工管道的特殊性相对较强，除了介质具有很强的危险性以外，在管道沿线位置处存在大量的机械设备，当管道内的介质升温或者降温的过程中，管道将会产生热胀冷缩反应，进而对周围的设备和其它类型设施产生作用力，设备或者其它类型设施会对管道产生反作用力，此时，管道所承受的应力将会大幅提升，对于部分管道而言，其刚度相对较高，在对设备或者其它设施施加作用力的情况下，可能会对设备或者其它设施产生一定的破坏，因此，在对管道进行设计研究的过程中，需要尽可能提高管道的柔性。

2基于应力分析的化工管道柔性设计分析2.1化工工艺管道伴热设计基于应力分析的化工管道柔性设计分析之一是化工工艺管道伴热设计。

在化工工艺管道伴热设计中，应采取套夹伴热的方式，以免出现化工热量消散过多的现象。

实际上，使用管道输送化工介质期间应考虑到介质终端温度、管道内部温度，确保二者温度相同，如二者温度不一致，就要考虑温差问题。

与其他伴热管道方式相比，该方式更有利于保护热能和补充热能。

工作人员应注意管道内部凝点，确保凝点不超过50 ℃。

此时，在根据管道材料选择伴热方式。

在工程中，工作人员应用管道进行气体输送时，应用伴管伴热这一方式的次数较多。

相关工作人员可根据实际情况选择伴管种类，现阶段，常用的伴管种类有两种，分别是蒸汽伴管、夹套伴管。

当装置工况下管道内部积累大量凝固蒸汽，此时，工作人员可考虑选择套夹伴管进行输送。

实际安装期间，工作人员需考虑到伴热设计基本要求选择伴管安装。

石化管道应力分析及优化设计摘要：随着现代工业的发展，石化管道设计中管道的应力分析尤为重要。

文中阐述了管道应力分析的方法，并举例说明之，为石化企业类似计算提供了可靠的模型。

关键词：管道应力；支吊架；管道设计；泵进出口管道随着现代工业的发展，石化装置规模逐步大型化，大量高温高压管道的应用，管道的配置显得尤为重要，也对从事管道设计的人员提出了更高的要求。

要求设计人员必须具备有一定的应力分析能力，才能设计既满足工艺流程，又安全，经济合理，美观的管道布置方案。

1管道应力分析的概念和任务1.1 应力的概念压力、重力、风、地震、压力脉动、冲击等外力荷载和热膨胀的存在，是管道产生应力问题的主要原因。

其中热膨胀问题是管道应力分析所要解决的最常见和最主要的问题。

管道在内压、持续外载以及热胀、冷缩和其它位移等载荷作用下，其最大应力往往超过材料的屈服极限，使材料在工作状态发生塑性形变。

高温管道的蠕变和应力松弛，也将使管系上的应力状态发生变化。

对于管道上的应力，一般分为一次应力、二次应力和峰值应力三类。

一次应力是指由管道所受荷载，如所受内压、持续外载、风荷载、冲击荷载等引起的正应力和剪应力。

它是非自限性的，超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。

因此，必须为不发生材料屈服而留有适当的裕度，以防止过度的塑性变形而导致管道被破坏。

二次应力是指由热胀、冷缩、端点位移等位移载荷的作用所产生的应力，它不直接与外力平衡，而是为满足位移约束条件或管道自身变形的连续要求所必须的应力。

二次应力的特点是具有自限性，即局部屈服或小量变形就可以使位移约束条件或自身变形连续要求得到满足，从而变形不再继续扩大。

一般来讲，只要不重复加载，二次应力不会导致管道破坏。

也就是说，二次应力引起的主要是疲劳破坏。

应该指出的是，当位移荷载极大，局部屈服或小量变形不足以使位移约束条件或自身变形连续要求得到满足时，管道也可能在一次加载的过程中就发生破坏。

由一次应力和二次应力的定义和特点可知，因为一次应力没有自限性，所以它比二次应力更危险，应该受到更加严格的控制。

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。

管道应力探究及柔性设计摘要：管道应力的分析以及计算，是对管道加以设计的基础，能够实现对管道强度以及安全性做出评价，同时还能够给管道经济分析供给相应的依据。

管道应力是因为管道所承受的内压力、外部荷载和热膨胀等因素而形成的。

管道在荷载之下的应力形态是较为复杂的，对其加以分析和计算，继而做出安全性评价，满足连接设备对于管道推力形成的限定，继而让管道设计更加的经济合理。

关键词：管道；应力；柔性设计1、管道应力的分类1.1一次应力一次应力指的主要是管道所受到的荷载，比如内压、风荷载、持续外载以及冲击荷载等形成的正应力与剪应力。

是对外力加以平衡需要的应力，属于非自限性。

要是应力的强度超过了屈服极限的情况之下，管道就会出现塑性破坏或者整体的变形，要对这种现象加以防范。

管道的一次应力较之二次应力更加的危险，因此要收到更为严格的限制，一定要为不出现材料的屈服留出足够的裕度，避免程度太大的塑形变形而致使管道的失效或者损坏。

一次应力的校核要依据弹性分析以及极限分析的条件加以控制。

1.2二次应力二次应力则是管道因为变形而形成的正应力以及剪应力。

比如因为热胀冷缩以及其它形式的位移受约束形成的应力，其不会跟外力直接的平衡，是为了满足位移的约束条件，或者变形协调所需要的应力。

其具备的特征是自限性，在局部的屈服形成少量塑性变形就可以让应力实现下降。

而针对塑性比较优质的管材，通常在管道第一次加载的时候，二次应力不会致使直接的破坏，而在塑性应变在很多次重复交变的状况之下，才能够引发管道的疲劳破损。

二次应力限定不取决于特定时间之内的应力水平，主要是决定于应力交变的范围以及循环次数。

二次应力的校核应该依据安定性的分析条件实施控制。

1.3峰值应力峰值应力是由管道或者附件因为局部结构不够连续，局部的效应附加到了一次应力或者二次应力增量上。

它的特征在于不会形成较为明显的变形，并且在短距离之内就会自根源逐渐衰减，是导致脆性破损以及疲劳裂纹的一个重要原因。

关于化工管道应力分析和柔性设计探讨发表时间：2020-06-30T02:41:21.679Z 来源：《建筑细部》2020年第5期作者：王伟[导读] 管道材料的选择会影响管道的设计质量和使用效果，因为管道在实际使用过程中，容易发生塑性变化，导致管道出现破损和震动等问题，使得管道承受不同负荷，加大了管道的一次应力。

南京合创工程设计有限公司江苏南京 210000摘要：在化工管道的设计工作中，设计人员需要对管道材料和应力进行全面分析，保证管道的使用效果。

因此，相关设计人员要注重对管道进行应力分析，强化管道的柔性设计，保证管道的结构质量，为化工企业的生产经营提供根本保障。

本文主要关于化工管道应力分析，并探讨柔性设计。

关键词：化工企业；管道应力；管道柔性设计；结构质量在化工企业中，管道应力分析是化工管道设计过程中尤为关键的一环，而就其中的化工管道设计而言，也是整个化工工厂设计中非常重要的组成部分。

一、化工管道应力的基本分类第一，管道一次应力是指管道外加载荷，如在管道设计工作中，经常遇到的重力和压力是常见的一次应力。

由于这种应力作用不会受到限制，使得一次应力成为管道无法抵制的外力和压力。

所以，无论管线如何变形，都需要承担非自限性的一次应力。

管道在设计过程中，需要充分考虑一次应力的影响，通过合理的设计来保证管系受力能够满足一次应力外载负荷的要求。

此外，管道材料的选择会影响管道的设计质量和使用效果，因为管道在实际使用过程中，容易发生塑性变化，导致管道出现破损和震动等问题，使得管道承受不同负荷，加大了管道的一次应力。

第二，管道二次应力是由于管道变形受约束而产生的正应力或剪应力。

二次应力的特点是具有自限性，随着管线的变形而减小。

管道在受到温度影响，热胀冷缩导致管道变形产生的应力为二次应力。

二次应力产生的原因还有管道相连的设备沉降不均匀等。

第三，管道峰值应力主要是因为在设计过程中，其结构中的某些零部件会出现松动现象或者脱落问题，导致管道的一次应力和二次应力出现迅速增加的现象。