管道应力分析及计算PPT课件

格式：ppt
大小：1.04 MB
文档页数：49

下载文档原格式

CAESARII管道应力分析培训(ppt 66页)

3-D 应力评定
• A loaded, 3-D pipe contains a representative infinitesimal stress cube
• add graphic (Fig 1-13) • This stress cube is in equilibrium and can be rotated in
CAESAR II 管道应力分析培训
2019/8/9
王大辉北京艾思弗软件公司
Basic Stress Theory &

2019/8/9
Basic Stress Theory &
介绍
• 培训的目的在于让您了解和掌握 – 应力分析的基础概念 – 模型和边界条件的建立 – 结果的分析和评判
2019/8/9
Basic Stress Theory &
轴向应力
• 沿管道轴向Along axis of pipe • 轴向力引起Axial Force
– 轴向力/面积 (F/A)
• 内压引起Pressure
– Pd / 4t ຫໍສະໝຸດ r P*di / ( do2 - di2 )
• 弯矩引起Bending Moment
very important, its just not part of the “code stress” • 环向应力用来确定壁厚：依据直径、许用应力、腐蚀
裕量、加工偏差、压力确定管道壁厚。
2019/8/9
Basic Stress Theory &
压力引发的径向应力
• 沿半径方向向内 • 内壁的径向应力大小是： -P • 外壁的径向应力大小为 0 • 最大弯曲应力发生在管道的外表面，故该项忽略

压力管道局部应力分析

I.
采用有限元法对特殊管件进行分析，得到应力集中系数；
II. 应力增大系数等于应力集中系数的一半。
应力增大系数应用的注意事项！
根据GB 50316、ASME B31.1和ASME B31.3的规定，计算二次应力时应采用应力增大系数。这是由于采用应力增大系数的目的，是考虑局部应力集中的影响，而局部应力集中主要对管件的疲劳破坏产生作用。因为局部的高应力循环，将使材料产生裂纹并不断扩展，最终导致破坏。校核二次应力的目的正是为了防止疲劳破坏，因此在计算二次应力时必须考虑应力集中的影响，应该采用应力增大系数。另外，根据ASME B31.3的标准释义，计算一次应力可不考虑应力增大系数。这主要是因为校核一次应力是为了控制管道的整体破坏，局部的应力集中对管道的整体破坏影响不大。另外一次应力采用弹性分析方法，认为某一点达到屈服管道失效，已经非常保守，如果在考虑应力集中的影响将导致过分保守。
l 为了能够表示出WRC107、297计算的误差，使用有限元分析软件(NozzlePro/FEpipe)来进行对比计算。
l 有限元法严格按照理论分析方法，结合ASME Ⅷ-2 中的应力分类来对特定结构进行应力计算，当满足理想化假设条件时，其结果与真实应力十分接近，并且有限元分析法不受任何几何条件的限制，计算精度与网格划分的疏密程度相关。
可以提高至0.6
PPT文档演模板
压力管道局部应力分析
WRC107应用范围及限制条件
PPT文档演模板
压力管道局部应力分析
WRC107应用范围及限制条件
PPT文档演模板
压力管道局部应力分析
WRC297应用范围及限制条件
l WRC297继承了WRC107的一些限制条件，另外，当连接区域的接管壁厚小于补强壁厚时，其局部应力计算值可能过于保守

管道应力分析及计算

三、管道的柔性设计
3.1、柔性定义及柔性设计的方法和目的 a)定义 b)目的 c)设计方法 d)端点位移考虑 3.2、是否进行详细柔性设计的判别方法 a)应进行详细柔性设计的管道 b)可以不进行详细柔性设计的管道 c)判别式的使用方法与注意事项 3.3、管道的热补偿
三、管道的柔性设计
3.4、应力增大因子 3.5、柔性分析方程 3.6、弹性模量随温度变化效应 3.7、柔性分析的另一规则
五、管道机械专业（应力分析）常用的标准规范
1、GB50316-2000《工业金属管道设计规范》 2、HG/T20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 3、SH/T3041-2002《石油化工企业管道柔性设计规范》 4、GB150《钢制压力容器》 5、JB/T8130.1-1999 《恒力弹簧支吊架》 6、JB/T8130.2-1999 《可变弹簧支吊架》 7、GB 50251-2003 《输气管道工程设计规范》 8、GB 50253-2003 《输油管道工程设计规范》 9、ASME/ANSI B31.1 -- Power Piping
10、ASME/ANSI B31.3 Process Piping 11、ASME/ANSI B31.4 Liquid Transmission and
Distribution piping systems 12、ASME/ANSI B31.8 Gas Transmission and Distribution piping systems 13、API610 -- 离心泵 14、NEMA SM23 -- 透平 15、API617 -- 离心式压缩机 16、API618 -- 往复式压缩机 17、API661 -- 空冷器 18、ANSI/B31.1、APIRP520 -- 安全阀、爆破膜

《供热管道应力计算》课件

计算速度：保证计算速度，提高工作效率计算精度：保证计算精度，避免误差影响结果计算方法：选择合适的计算方法，提高计算效率计算工具：选择合适的计算工具，提高计算效率
计算结果可靠性要求
计算方法：选择合适的计算方法，如弹性应力分析、塑性应力分析等
边界条件：准确设定管道的边界条件，如温度、压力、位移等
Part Thቤተ መጻሕፍቲ ባይዱee
供热管道应力计算概述
应力计算的意义
确保供热管道的安全运行提高供热管道的使用寿命降低供热管道的维护成本提高供热系统的效率和稳定性
供热管道应力计算的重要性
确保供热管道的安全运行防止管道破裂、泄漏等事故发生提高供热系统的效率和稳定性降低供热系统的维护和维修成本
02 P P T 课件介绍 04 供热管道应力计算方法 06 供热管道应力计算结果分
析
Part One
单击添加章节标题
Part Two
PPT课件介绍
课件背景
目的：介绍供热管道应力计算的基本原理和方法
主题：《供热管道应力计算》
内容：包括供热管道应力计算的基本概念、计算方法、
THANKS
汇报人：PPT
实例分析等
适用人群：供热管道设计、施工、维护等相关人员
课件目的
介绍供热管道应力计算的基本原理和方法
提供供热管道应力计算的实例和案例分析
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
讲解供热管道应力计算的具体步骤和注意事项
帮助学员掌握供热管道应力计算的技能和技巧
课件内容
供热管道应力计算概述供热管道应力计算方法供热管道应力计算案例分析供热管道应力计算软件介绍

压力管道强度及应力分析.ppt

S1d
S1Z
dw Dw
焊制三通的长度一般为3.5倍管
子外径；高度取1.7倍外径
压力管道的强度计算
❖ 异径管壁厚计算
按锥壳大端的应力分析进行计算式：
S1t
2 cos
PDn
t •
0.006P
半锥角不得大于30°，且半锥角和P/（[σ]tφ）的关系，不得超过下表所列的数值，中间值可内插
求取
❖ 应力分类由于载荷性质不同，产生的应力性质也不同，它们对管道的破坏贡献不同。应该对其分类，对于不同应力给予不同的限制条件，以充分发挥材料的性能，又保证安全生产
压力管道的载荷和应力分类
❖ 应力分类
▪ 一次应力（P）一次应力是由于外载荷作用而在管道内部产生的正应力或剪应力，它满足与外力平衡的条件。它的特征是非自限性的，始终随外载荷的增加而增加，最终达到破坏。由于载荷性质不同，在管道内产生的应力分布也不同，一次应力又分为：
❖ 热应力概念
▪ 对于平面管系ACB，
b
B端位移为：
Δa
Δb
C
u a2 b2
B Δu
a
T a2 b2
u
Tu
A
与直接从A到B有一根管子的伸长量相同
压力管道的热应力分析
❖ 管道热应力计算
b
▪ 如果存在温度变化，不仅 Δa 在管内引起热应力，而且
C
在支吊架处引起支座反力 a
的变化，为了保证管道和
修正的方法计算，即
S1w
S11
Dw 4R
S1w
PDw
2 t •
1 P
Dw 4R
压力管道的强度计算
❖ 弯管壁厚计算
由于弯曲使横截面变得不圆，内外侧面壁厚变化，对应力分布产生影响，为了使上面壁厚计算式的计算值能保证管道安全，下式定义的最大外径与最小外径的差值Tu，必须限制在规定范围内

管道应力计算

1.9 应力分类 1.9.1一次应力由压力、重力与其他外力荷载的作用所产生的应力。
（1）一次一般薄膜应力，是在所研究的截面厚度上均匀分布的，且等于该截面应力平均值的法向应力（即正应力）的分量。
（2）一次局部薄膜应力，是由内压或其他机械荷载产生的，由于结构不连续或其他特殊情况的影响，而在管道或附件的局部区域有所增强的一次薄膜应力。
（4）剪切弹性模数表示材料在线性弹性性态时对剪切变形的抵抗能力,单位
为单位面积的力。
1.6 强度指标与塑性指标钢材的强度特征与变形特征是用一定的强度指标与塑
性指标来衡量，表示钢材力学性能。
1.6.1 强度极限σｂ是拉伸应力－应变曲线上的最大应力点，单位为MPａ。 1.6.2 屈服极限σｓ材料在拉伸应力超过弹性范围，开始发生塑性变形时
的应力。产生0.2%残余变形的应力值作为条件屈服极限，用σｓ（0.2%）表示，单位为MPａ。 1.6.3 持久强度σDｔ在给定温度下，使试样经过一定时间发生蠕变断裂时的应力。工程上使用在设计温度下10万小时断裂时的平均值表示，σDｔ单位为MPａ。
1.6.4 蠕变极限σnｔ在给定温度下和规定的持续时间内，使试样产生一定
载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力，以及管道对设备产生的推力和力矩。保证设备和管道的安全运行。 1.2 管道应力计算常用的规范、标准（1）DL/T 5366-2006 火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（2） ASME B 31.1-2004 动力管道 1.3 管道应力分析方法管道应力分析方法分为静力分析和动力分析。 1.4 管道荷载（1）重力荷载（2）压力荷载（3）位移荷载
2.8 作用力和力矩计算的基本方法早期采用简化的弹性中心法，是将计算管系当作一根

压力管道应力分析_图文

管道元件变形的几种基本形式:
⑴ 拉伸和压缩 ⑵ 剪切 • 对于塑性材料：[τ]=(0.6~0.8)[σ] • 对于脆性材料：[τ]=(0.6~1.0)[σ] ⑶ 扭转 • [τ]=(0.5~0.6)[σ] ⑷ 弯曲 • уman≤[f] [f]为工程上规定的许用绕度值
。
承受内压管子的强度计算
1、管子壁厚计算承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确
• 上式即为管道中二次应力强度条件判定式，它已被众多的压力管道设计规范如 ANSI B31.3、SHJ41所引用。
压力管道的强度计算:
• 基本概念： ⑴ 设计压力 ⑵ 设计温度 ⑶ 材料的许用应力 ⑷ 厚度附加量 ⑸ 焊缝系数 ⑹ 设计寿命 ⑺ 计算厚度
⑻ 设计厚度 ⑼ 名义厚度 ⑽ 有效厚度
②对简单的L形、∏形、Z形等管道，可采用表格法、图解法等验算，但所采用的表和图必须是经过计算验证的；
③无分支管道或管系的局部作为计算机柔性计算前的初步判断时，可采用简化的分析方法。
2、SH/T3041《石油化工管道柔性设计规定》中的规定：
⑴ 操作温度大于400℃或小于－50℃ ⑵ 进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道 ⑶ 进出反应器的高温管道； ⑷ 进出汽轮机的蒸汽管道； ⑸ 进出离心式压缩机、往复式压缩机的工
一般连续敷设的管道允许跨距L应按三跨连续梁承受均布载荷时的刚度条件计算
（1）刚度条件
（装置内）
（装置外）
装置内：管道固有频率不低于4Hz；装置外：管道固有频率不低于2.55Hz。
（2）强度条件
（不考虑内压）
（考虑内压）
取L1和L2两者之间的小值。
• 为了便于快速直接得到管道的允许跨距一些书、手册列出了根据上述方法计算得到的连续敷设管道的允许跨距。如《石油化工装置工艺管道安装设计手册》。

管道应力分析-孙学军_图文

裂纹。）
21
材料的力学性能及强度理论力学性能：
1.强度极限 2.屈服强度 3.断裂 4.强化阶段 5.局部变形阶段
22
最大拉应力理论：
该理论认为：最大拉应力是引起断裂的主要原因即认为：无论材料处于什么应力状态，只要最大拉应力达到单向拉伸时的抗拉强度，材料就会发生脆性断裂。
屈服判据：
强度准则：
应力分析报告
应力ISO图
支撑设计、选型
提交业主提交现场
8
应力分析管线分类:
9
关键管线表:
10
应力ISO图:
在管道单线图的基础上增加应力分析的节点号、约束点的位置及类型、约束点的位移量及载荷、备注等信息。
11
管道受到的载荷、变形及失效形式
管道受到的载荷：
压力操作压力、试验压力；温度重量活荷载：管内输送介质的重量、测试的介质重量、由于环境或操作条件产生的雪/冰荷载等。死荷载：管道重量、保温重量及阀门（含执行机构）、法兰等管道组成件重量。位移设备管口热位移；基础沉降、潮汐运动、风等作用下在管道连接处产生的位移；支撑结构的变形；压力延长效应产生的位移；
管道应力的校核主要是为了防止管壁内应力过大造成管道自身的破坏。各种不同荷载引起不同类型的应力，不同类型的应力对损伤破坏的影响各不相同，如果根据综合应力进行应力校核可能导致过于保守的结果，因此管道应力的校核采用了将应力分类校核的方法。应力分类校核遵循的是等安全裕度原则，也就是说，对于危险性小的应力，许用值可以放宽;危险性大的应力，许用值要严格控制。应力分类是根据应力性质不同人为进行的，它并不一定是能够实际测量的应力。
24
最大切应力理论(Tresca准则)：

管道应力基础知识课件

应力分析目的：
静力分析：
压力、重力等载荷作用下的管道一次应力计算——防止塑性变形的破坏；
热胀冷缩以及端点附加位移等位移载荷作用下的管道二次应力计算——防止疲劳破坏；
管道对机器、设备作用力的计算——防止作用力过大，保证机器、设备正常运行；
管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据；
以及其他集中或均布荷载条件管道计算温度、计算压力和管内介质密度正常操作条件外的特殊工况，如开车、停车、除焦、再
生、吹扫等工况机器制造商的允许受力要求往复泵的激振频率管道端点约束条件或附加位移、管道所连接的设备
应力专业向管道专业返条件的内容：
管道端点和各约束点、与机器设备的连接点、固定点、支吊点、止推点和导向点以及位移给定点处的安装状态和操作状态的受力
荷载特点
荷载来源
注
在管道上产生交变应力，每运应管道热胀或冷缩，管道变
行周期变化一次
形而产生的交变应力
用计算机程序或有关图表计算
安装时冷紧管道端点位移
冷紧可减少管道对设备和固定施工过程中产生支架的力
在管道上产生交变应力
与管道连接的设备膨胀
对二次应力无影响用计算机程序或有关图表计算
管道振动
长期振动荷载
冲击载荷作用下管道应力分析——防止管道振动和应力过大；
管道地震分析——防止管道地震应力过大
什么叫一次应力、二次应力
一次应力是由于压力、重力与其它外力荷载的作用所产生的应力。它是平衡外力荷载所需的应力，随外力荷载的增加而增加。一次应力的特点是没有自限性，即当管道内的塑性区扩展达到极限状态，使之变成几何可变的机构时，即使外力荷载不再增加，管道仍将产生不可限制的塑性流动，直至破坏。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

⑼ 往复式压缩机、往复泵动力分析(四级)；
⑽ 安全阀、爆破膜泄放反力计算；
⑾ 结构、建筑荷载条件；
⑿ 设备管口荷载、预焊件条件；
⒀ 编制弹簧架采购MR文件及弹簧架技术数据表；
⒁ 编制柔性件(膨胀节、软管等)采购MR文件及技术数据表；
11
6.3、各文件应包含的内容：
⑴ 工程规定内容
A、适用范围；
L — 管段两个固定点的展开长度(m) (AB+BC+CD)
U — 管段两个固定点的直线距离(m) (AD间的直线距离)
(依据ASME/ANSI B31.1及B31.3)
公式的适用范围14
(4)应力分析
静力分析(含疲劳分析、风载荷及地震载荷分析)
动力分析
A、静力分析包含的内容 a) 一次应力计算及评定 — 防止管道塑性变形破坏. b) 二次应力计算及评定 — 防止疲劳破坏。 c) 设备管口受力计算(及评定) — 防止作用力太大，保证设备正常运行。 d) 支承点受力计算 — 为支吊架设计提供依据。 e) 管道上法兰受力计算 — 防止法兰泄漏。 f) 两相流及液击冲击载荷计算 — 为支吊架和结构设计提供依据。
⑶ 编制临界管线表(三级签署) — 应力分析管线表
静力分析
⑷ 应力分析
(三、四级)；
动力分析
⑸ 卧式容器固定端确定，立式设备支耳标高确定；
⑹ 支管补强计算；
⑺ 动设备许用荷载校核(四级)
10
⑻ 夹套管(蒸汽、热油、热水)计算(端部强度计算、内部导向翼板位置确定、同时包括任何应力分析管道的所有内容)；
管道应力分析专题
1
一、管道应力分析的目的
1、使管道应力在规范的许用范围内，保证管道系统的整体安全
2、使动（静）设备管口载荷符合制造商或公认的标准—使其能长周期、平稳运转
3、给结构及各种支撑提供设计载荷 4、确定管道热位移及各种冲击载荷所导致的管道
位移 5、解决管道动力学问题：机械振动、脉动、安全
⑵ 壁厚计算
A、当
t
D0 且 P
6 t
0.385时
B、当
t
PD0
2t 2YP
t
D0 6
或
P
t
0.385时
t 的确定应根据断裂理论、疲劳、热应力及材
料特性等因素综合考虑确定。
C、外压直管的壁厚，应根据GB150规定的方法确定。
D、其它的管件(如Y型三通、孔板等)依据相应的规范
(GB50316-2000)公式进行计算。
阀排放等 6、优化配管设计
2
二、管道应力分析基础知识
2.1、应力、应变及应力状态 2.2、材料的机械性能 2.3、强度理论 2.4、管道变形的基本形式 2.5、管道中的应力状态 2.6、管道应力分类 2.6.1、应力分类校核遵循的原则 2.6.2、管道应力分析中的应力分类 2.6.3、管道应力分析中一次和二次应力超标原因 2.7、管道应力分析所遵循的标准
6
五、管道机械专业（应力分析）常用的标准规范
1、GB50316-2000《工业金属管道设计规范》 2、HG/T20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 3、SH/T3041-2002《石油化工企业管道柔性设计规范》 4、GB150《钢制压力容器》 5、JB/T8130.1-1999 《恒力弹簧支吊架》 6、JB/T8130.2-1999 《可变弹簧支吊架》 7、GB 50251-2003 《输气管道工程设计规范》 8、GB 50253-2003 《输油管道工程设计规范》 9、ASME/ANSI B31.1 -- Power Piping
B、概述；
C、设计中采用的标准规范；
D、计算程序(软件)；
E、设计温度、压力、安装温度(环境温度)、压力；
F、设计荷载 — 风压值； — 地震烈度； — 雪荷载； — 土壤的力学性质；
G、临界管线表的确定准则（哪些管线该做哪类的应力分析）；
H、计算及安全性评定准则；
I、应力分析工作流程。
J、其它 12
5
四、管道应力分析的职责
4.1、应力分析（静力分析、动力分析）; 4.2、对重要管线的壁厚进行计算，包括特殊管件的应力
分析； 4.3、对动设备（机泵源自空冷器、透平等）管口受力进行校核计算； 4.4、管架设计； 4.5、审核供货商文件； 4.6、编制、修改相关规定； 4.7、编制应力分析及管架设计工程规定； 4.8、本专业人员培训； 4.9、进度、质量及人工时控制； 4.10、参加现场技术服务；
六、工程设计阶段管机专业的任务
6.1、初步设计、基础设计阶段 ⑴ 编制工程设计规定(应力分析、管架设计) (四级签署)； (2) 参加设备布置工作；
(3) 对主要管线的走向进行应力分析和评定。
9
6.2、详细设计阶段
⑴ 修订工程设计规定(应力分析、管架设计)
(四级签署)；
⑵ 重要管线的壁厚计算，特殊管件的应力分析；
13
⑶ 临界管线表
应力分析
计算机计算(BY COMPUTER）
（350°C)
简单手算(公式法、图表法) (BY FORMULA)
管线
非应力分析
目测法(BY VISUAL)
C
D(固定)
公式法：
D0 • Y (L U)2
208.3
D0 — 管外径(mm)
B
Y — 管段总位移(mm)
A(固定)
Y=(ΔX2+ΔY2 +ΔZ2)1/2
7
10、ASME/ANSI B31.3 Process Piping 11、ASME/ANSI B31.4 Liquid Transmission and
Distribution piping systems 12、ASME/ANSI B31.8 Gas Transmission and Distribution piping systems 13、API610 -- 离心泵 14、NEMA SM23 -- 透平 15、API617 -- 离心式压缩机 16、API618 -- 往复式压缩机 17、API661 -- 空冷器 18、ANSI/B31.1、APIRP520 -- 安全阀、爆破膜 8
3
三、管道的柔性设计
3.1、柔性定义及柔性设计的方法和目的 a)定义 b)目的 c)设计方法 d)端点位移考虑 3.2、是否进行详细柔性设计的判别方法 a)应进行详细柔性设计的管道 b)可以不进行详细柔性设计的管道 c)判别式的使用方法与注意事项 3.3、管道的热补偿
4
三、管道的柔性设计
3.4、应力增大因子 3.5、柔性分析方程 3.6、弹性模量随温度变化效应 3.7、柔性分析的另一规则