CAESAR_II_管道应力分析_理论

国内电力行业压力管道利用CAESARII软件应力分析的问题及探讨国内电力行业压力管道利用CAESAR II软件应力分析的问题及探讨引言：随着我国电力行业的快速发展，压力管道在电力设备中扮演着重要角色。

为了确保电力设备的安全运行，对压力管道进行应力分析是必不可少的。

CAESAR II软件作为压力管道应力分析的主要工具，已经广泛应用于国内电力行业。

本文将探讨国内电力行业压力管道利用CAESAR II软件进行应力分析时面临的问题，并提出相应的解决方案。

I. CAESAR II软件及其应用CAESAR II是一款应用广泛的压力管道分析软件，可以对各种复杂的管道系统进行分析和设计。

该软件具有强大的计算能力和友好的用户界面。

国内电力行业已经广泛使用CAESAR II软件对压力管道进行应力分析，以确保其安全运行和设计合理性。

II. 国内电力行业压力管道应力分析存在的问题然而，在实际应用中，国内电力行业利用CAESAR II软件进行应力分析时还存在一些问题，主要表现在以下几个方面：1. 参数准确性问题CAESAR II软件的应用需要输入各种参数，如管道尺寸、材料参数、荷载等。

但是，在实际操作中，这些参数往往由设计人员提供，并存在一定的误差，这会影响到应力分析的准确性。

2. 模型建立问题CAESAR II软件需要建立管道的三维模型，以进行应力分析。

但是，在国内电力行业中，缺乏对CAESAR II软件的使用培训，设计人员对模型建立不熟悉，导致建模过程中存在一定的困难。

3. 多参数耦合分析问题实际电力行业的压力管道系统通常存在多种参数的耦合作用，如温度、压力、力矩等。

而CAESAR II软件在进行应力分析时，往往是单一参数的分析，难以模拟实际情况，存在一定的局限性。

III. 解决方案及探讨为了解决国内电力行业压力管道应力分析中存在的问题，可以从以下几个方面进行改进：1. 参数精确度的提高设计人员需要准确提供各种参数，并在输入过程中加强验证和校对，以确保参数的准确性。

CAESARⅡ动态分析在管道应力分析中的应用【摘要】本文以往复压缩机的管道振动为例，对管道的应力进行动态分析，具体考虑了单向约束，动静载荷，疲劳破坏等问题。

通过具体实例，说明CAESAR Ⅱ对管道的应力分析作用十分显著，它能直接生成图形和计算结果，便于分析，特别是对于动态分析，能直接生成变化图形，且操作简单，便于初学者掌握。

【关键词】CAESARⅡ；管道应力；动态分析1.CAESARⅡ简介CAESARⅡ是由美国COADE工程软件公司研制的一款专门对管道应力分析的软件，与中国长沙优易软件开发有限公司开发的AutoPSA7.0各有优劣，CAESARⅡ采用了以有限元分析为基础的专用CFD求解器Ployflow，它能通过使用简单梁为最基本单元建立管系模型，并在此基础上定义系统中的载荷，计算生成系统中的位移、荷载、应力表示结果。

更因为它能通过屏幕或表格进行数据输入，形成管系模型，使用方便，计算快捷，受到当今世界工程界的极大欢迎，是目前世界上用户最多的应力分析软件。

CAESARⅡ软件的管道应力分析包括静力分析和动力分析两种。

静力分析包括：①压力荷载和连续续荷载的平均应力分析；②管道对设备的作用力的分析；③管道支吊架的受力分析；④管道法兰所受压力的分析。

动力分析包括：①管道强迫振动的响应分析；②往复压缩机的频率分析；③管道自振频率的分析；④往复压缩机的压力脉动分析。

2.CAESARⅡ动态分析在受力分析中的应用实例CAESARⅡ软件可以进行静力分析和动力分析，本文以往复压缩机的管道振动为例进行管道振动的动态应力分析。

管道振动及应力分析主要有管道系统的静力分析和动力分析。

静力分析由管道支吊架及法兰的受力分析，压力载荷和持续压力作用下的一次应力计算校核等，动力学分析包括管道系统的模态分析，受迫振动的响应分析等。

根据力学性质分类可分为直接应力，间接应力和峰值应力。

直接应力是由管道的自重，外部载荷和内部压力等直接载荷所引起的正应力和剪应力，直接应力随着载荷的增加而增加，因此，在系统的应力分析中，必须首先满足直接应力的许用值。

1管道应力分析基础理论管道应力分析主要包括三方面内容：正确建立模型、真实地描述边界条件、正确地分析计算结果。

所谓建立模型就是将所分析管系的力学模型按一定形式离散化，简化为程序所要求的数学模型，模型的真实与否是做好应力分析的前提条件。

应力分析的根本问题就是边界条件问题，而体现在工程问题上就是约束（支架）、管口等具体问题的模拟，真实地描述这些边界条件，才能得到正确的计算结果。

要想能够熟练而正确地分析结果，首先会正确设计支吊架，有一定的相关理论知识如工程力学，流体力学，化工设备及机械等，另外需在一定时间内不断摸索，总结出规律性的问题。

第一章管道应力分析有关内容§1.1 管道应力分析的目的进行管道应力分析的问题很多CAESARII 解决的问题主要有：1、使管道各处的应力水平在规范允许的范围内。

2、使与设备相连的管口载荷符合制造商或公认的标准（如NEMASM23，API610 API617等标准）规定的受力条件。

3、使与管道相连的容器处局部应力保持在ASME 第八部分许用应力范围内。

4、计算出各约束处所受的载荷。

5、确定各种工况下管道的位移。

6、解决管道动力学问题，如机械振动、水锤、地震、减压阀泄放等。

7、帮助配管设计人员对管系进行优化设计。

§1.2 管道所受应力分类1.2.1 基本应力定义轴向应力Axial stress轴向应力是由作用于管道轴向力引起的平行管子轴线的正应力，：S L ＝F AX /A m其中S L ＝轴向应力MPaF AX ＝横截面上的内力NA m ＝管壁横截面积mm 2=πdo 2-di 2)/4管道设计压力引起的轴向应力为S L ＝Pdo/4t轴向力和设计压力在截面引起的应力是均布的，故此应力限制在许用应力[σ]t 范围内。

弯曲应力bending stress由法向量垂直于管道轴线的力矩产生的轴向正应力。

S L =M b c/I其中：M b =作用在管道截面上的弯矩N.mC －从管道截面中性轴到所在点的距离mmI －管道横截面的惯性矩mm 4=π(d o 4－d l 4/64当C 达到最大值时，弯曲应力最大S max =M b R 0/I= M b /Z弯曲应力在断面上是线性分布的,截面最外端应力达到最大时，其它地方仍处于弹性状态，故应力限制在1.5[σ]之内。

CAESARII软件培训资料北京艾思弗计算机软件公司2002年4月12日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——防止法兰泄露。

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。

Pipe Stress Analysis Using CAESAR IIPi St A l i U i CAESAR IIAECsoft综述z应力分析的目的z应力分类z失效理论z应力增大系数介绍z规范应力公式归纳综述Course Objectives培训课程目标Course Objectivesz掌握管道柔性设计方法和应力分析基础理论z正确建立分析模型z正确理解结果阐述与解释z高效地改造管道系统z熟悉CAESAR II的操作与实际应用其a其它……?为什么要做管道应力分析？z为了保持管道应力在规范许用应力范围以内。

z为了使持设备管口载荷在许用值以内或符合制造商或公认的标准。

(如,等等)NEMASM23 ，API610 , API617 。

z为了使与管道相连接的容器应力保持在ASME 第八部分容器设计规范的许用范围内的许用范围内。

z计算出各种支撑及约束的设计载荷，为支架设计提供载荷依据。

z查看管道位移进行碰撞检查解决管道动力学问题例如它们是机械振动声频振动流体锤脉z解决管道动力学问题。

例如它们是:机械振动，声频振动，流体锤，脉动，瞬间流动，安全阀的泄放。

z优化管道设计应力分析前期所需准备的资料z系统信息: 应力轴侧图--应力分析轴测图是一简图，画着与应力轴相同的系统，它给观察者个明显的管系三维印象。

进行管道应力分析需获得的系统它给观察者一个明显的管系三维印象进行管道应力分析需获得的设计数据包括管子的材料及尺寸，操作参数，如:温度、压力、流量等:规范的应力许用值及载荷参数，包括:保温、重量，外部设备的运动及风和地震的影响。

z设计规则：选择准确的管道设计规范如何准确理解应力/规则？z规范应力--计算出的应力并不是真正的应力(无法用应变测量仪实测出来)。

而是相对于“规范”的应力“规范”应力的计算是基于特定的方程式，这些方程式是经过长时间的权衡和简化而得来的z便于叠加或分离载荷。

z代表一个范围，没有绝对值。

论ＣａｅｓａｒⅡ软件在高温高压管道应力分析中应用摘要:caesarⅱ管道应力分析软件是国际较为流行的管道应力分析软件之一,具有输入数据简单,图形生成和计算结果直接明了,容易被初学者掌握的特点。

但caesarⅱ软件同时又是工程性很强的应用软件,在计算模型的建立时往往需要一定的工程经验作为依据。

笔者根据五年应力分析的经验,对高温高压管道应力分析的一些实践进行了总结。

关键词:caesarⅱ软件;管道应力;计算模型;高温高压管道近年来,随着我国国民经济的快速发展,石油、化工发展迅猛。

高温高压管道大量铺设,设计水平成为衡量一个设计单位能否在激烈的市场竞争中获胜的关键,这里,核心技术之一的管道应力分析是比较复杂的。

为此,设计部门都已经用计算机进行管道的应力分析。

caearii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国际权威的专业软件,它既可以进行计算静态分析,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,软件使用方便快捷。

本文将结合该软件在实际应用中的优势和问题,进行探讨。

一、caesarⅱ软件与管道柔性分析我从2004年开始使用由美国coade inc,公司编制而成的caesarⅱ管道应力分析软件。

至今已有5年的历史,目前我所做的高温高压管道柔性分析都是采用该软件进行的。

所谓高温高压管道的柔性是指反映管道变形难易程度的一个物理概念,指管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其他位移变形的能力。

指进行高温高压管道设计时,在保证管道具有足够的柔性来吸收位移应变的前提下,使管道的长度尽可能短或投资尽可能少。

在管道柔性设计中,除考虑管道自身的热胀冷缩外,还要考虑管道端点的附加位移。

通过管道的柔性计算可以达到如下目的:使高温高压管道应力在规范的许用范围内;使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准;计算出作用在管道支架上的负荷;辅助设置合理的支吊架;解决高温高压管道动力学问题;帮助配管优化。

CAESARII软件培训资料北京艾思弗计算机软件公司2002年4月12日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。