應力分析培訓講義

1、應力分析講義為什么要做管道應力分析？ 壓力、重力、風、地震、壓力脈動、沖擊等外力載荷和熱膨脹的存在，是管道產生應力問題的主要原因。其中，熱膨脹問題是管道應力分析所要解決的最常見和最主要的問題。 通俗來講管道應力分析的任務，實際上是指對管道進行包括應力計算在內的力學分析，并使分析結果滿足標準規(guī)范的要求，從而保證管道自身和與其相連的機器、設備以及土建結構的安全。 一般來講，管道應力分析可以分為靜力分析和動力分析兩部分。靜力分析是指在靜力載荷的作用下對管道進行力學分析壓力、重力等荷載作用下的管道一次應力計算壓力、重力等荷載作用下的管道一次應力計算-防止塑防止塑性變形破壞；性變形破壞；熱脹冷縮以及端點

2、附加位移等位移荷載作用下的管道二熱脹冷縮以及端點附加位移等位移荷載作用下的管道二次應力計算次應力計算-防止疲勞破壞；防止疲勞破壞；管道對機器、設備作用力的計算管道對機器、設備作用力的計算-防止作用力過大，保防止作用力過大，保證機器、設備正常運行；證機器、設備正常運行；管道支吊架的受力計算管道支吊架的受力計算-未支吊架設計提供依據；未支吊架設計提供依據；管道上法蘭的受力計算管道上法蘭的受力計算-防止法蘭泄漏；防止法蘭泄漏；管系位移計算管系位移計算-防止管道碰撞和支吊點位移過大。防止管道碰撞和支吊點位移過大。靜態(tài)分析目的動態(tài)分析目的 動力分析則主要指往復壓縮機和往復泵管道的振動分析、管道的地震分析

3、、水錘和沖擊荷載作用下管道的振動分析。 往復壓縮機（泵）管道氣（液）柱固有頻率分析往復壓縮機（泵）管道氣（液）柱固有頻率分析-防止防止氣（液）柱共振；氣（液）柱共振； 往復壓縮機（泵）管道壓力脈動分析往復壓縮機（泵）管道壓力脈動分析-控制壓力脈動值；控制壓力脈動值； 管道固有頻率分析管道固有頻率分析-防止管道系統(tǒng)共振；防止管道系統(tǒng)共振； 管道強迫振動響應分析管道強迫振動響應分析-控制管道振動及應力；控制管道振動及應力； 沖擊荷載作用下管道應力分析沖擊荷載作用下管道應力分析-防止管道振動和應力過防止管道振動和應力過大；大； 管道地震分析管道地震分析-防止管道地震力過大。防止管道地震力過大。應力、

4、應變、及應力狀態(tài)總應力可以分解為垂直于截面正應力和截面相切剪應力的和成。構件中的線應變構件內各點的應力不同。三向，二向，單向應力狀態(tài)基本應力基本應力 使用局部坐標系可以將管系應力使用局部坐標系可以將管系應力 (以及產生以及產生這些應力的載荷）這些應力的載荷）the loads that cause them) 分為下面幾種：分為下面幾種： 縱向應力 - SL 環(huán)向應力 - SH 徑向應力 - SR 剪切應力 - 縱向應力分量縱向應力分量 沿著管子的軸向。 軸向力 軸向力除以面積 (F/A) 壓力 Pd / 4t or P*di / ( do2 - di2 ) 彎曲力矩 最大應力發(fā)生在圓周的最外

5、面。 Mc/I I/R(半徑 )= Z (抗彎截面模量);使用 M/Z由于壓力產生的環(huán)向應力由于壓力產生的環(huán)向應力 垂直于半徑 (圓周) Pd / 2t 用薄壁的近似值。 環(huán)向應力用于設計管道壁厚，盡管它不是“綜合應力”的一部分。 環(huán)向應力根據直徑、操作溫度下的許用應力、腐蝕余量，加工偏差和壓力用來定義管子的壁厚。 根據Barlow, Boardman, Lam來計算。由于壓力產生的環(huán)向應力由于壓力產生的環(huán)向應力 垂直于半徑 (圓周) Pd / 2t 用薄壁的近似值。 環(huán)向應力用于設計管道壁厚，盡管它不是“綜合應力”的一部分。 環(huán)向應力根據直徑、操作溫度下的許用應力、腐蝕余量，加工偏差和壓力用

6、來定義管子的壁厚。 根據Barlow, Boardman, Lam來計算。剪切應力剪切應力 平面內垂直于半徑。 剪切力 這個載荷在外表面最小，因此在管系應力計算中省略了這一項。 在支撐處要求局部考慮。 扭矩 最大的應力發(fā)生在外表面。 MT/2Z “綜合應力綜合應力”中的基本應力中的基本應力 評價評價 3-D 應力應力 S = F / A + Pd / 4t + Mc / Z 軸向、縱向壓力和縱向彎曲所產生的應力之和。 根據規(guī)范和載荷工況的不同上式將發(fā)生變化。管道變形的基本形式管道在外力作用下期尺寸和狀態(tài)都將發(fā)生變化。主要用線位移和角位移來度量。無非軸向拉伸或壓縮、剪切、扭轉和彎曲四種形式之一，

7、或其組合。一、軸向拉伸和壓縮 二、剪切管道變形的基本形式三、扭轉扭轉變形的靜力關系截面上的扭矩抗扭截面模量剪應力最大值管道變形的基本形式四、彎曲多種載荷都可能在管道內產生彎矩，造成管道彎曲。橫力彎曲：管道截面不但存在彎矩，還有剪力。純彎曲：管道兩端只有彎矩而無剪力時的彎曲變形。管道變形的基本形式四、彎曲管道橫截面上最大正應力發(fā)生在距離中性軸最遠處。為彎矩/抗彎截面模量Iz橫截面z軸（中性軸）的截面慣性矩。Wz抗彎模量載荷種類載荷種類 Load Type一次荷載Primary load二次荷載Secondary load偶然荷載Occational load一次荷載Primary load 該荷

8、載伴隨結構的變形而不消失二次荷載Secondary load 該荷載伴隨結構的變形而消失。偶然荷載Occasional load 類似一次荷載，不持續(xù)發(fā)生，偶爾會發(fā)生作用管道應力的校核 管道應力的校核主要是為了防止管壁內應力過大造成管道自身的破壞。各種不同載荷引發(fā)不同類型的應力，不同的應力對損傷破壞的影響各不相同，如果根據綜合應力進行應力校核會導致過于保守的結果。因此管道應力的校核采用了應力分類。危險小的應力，許用值放寬；危險大的應力，許用值嚴格控制。應力分類是根據應力的性質不同人為進行的，它并不一定是實踐能夠測量的應力。規(guī)范要求的載荷工況規(guī)范要求的載荷工況 規(guī)范要求使用兩個主要失效方式的失效

9、理論。 一次失效。(W+P+F) SUSSh 二次失效。DS1-DS2(T+D) 0 閥門等總重 =定義的重量+流體重+1.75*保溫厚（根據定義的外徑） 如果 重量 = 0總重 = 0，不考慮定義的流體&保溫。大小頭大小頭雙擊大小頭復選框雙擊大小頭復選框添加大小頭添加大小頭在軟件輔在軟件輔助狀態(tài)區(qū)助狀態(tài)區(qū)定義大小定義大小頭屬性頭屬性大小頭另一端管大小頭另一端管道直徑和壁厚道直徑和壁厚2方法二：單擊插入大方法二：單擊插入大小頭按鈕添加大小頭小頭按鈕添加大小頭1三通和應力增大系數(shù)的定義雙擊三通復選雙擊三通復選框添加三通框添加三通在軟件輔在軟件輔助狀態(tài)區(qū)助狀態(tài)區(qū)定義三通定義三通屬性屬性三通

10、形式平面內，三通形式平面內，平面外的應力增大平面外的應力增大系數(shù)（依據相應規(guī)系數(shù)（依據相應規(guī)范定義）范定義）2方法二：單擊插入三方法二：單擊插入三通按鈕添加三通通按鈕添加三通1在超過規(guī)范定義的標在超過規(guī)范定義的標準范圍之外的三通和準范圍之外的三通和彎頭需要自定義應力彎頭需要自定義應力增大系數(shù)增大系數(shù)一般的約束定義注意：其它形式的約束定義我們將在注意：其它形式的約束定義我們將在“約束約束”這一章單獨講解！這一章單獨講解！彈簧設計關聯(lián)節(jié)點Node-Cnodes12 這兩個模型在結構上是相同的。 右邊的模型在節(jié)點55固支，并與56節(jié)點相連。 55 - 56沒有單元。 現(xiàn)在，固支將顯示節(jié)點55作用在5

11、6的“內”載荷。關聯(lián)節(jié)點Node-Cnodes打斷命令打斷命令將在一個已存在的管子中增加節(jié)點；它可以為任何位置處的一個節(jié)點或根據節(jié)點增量生成等間距的多個節(jié)點。自動獲取其它約束自動獲取其它約束點上的約束形式點上的約束形式自動封閉環(huán)線 Close Loop 命令用正確的管單元長度自動連接定義的節(jié)點（這里為90到15）來生成環(huán)線。插入命令的使用在當前管道單元前面插入在當前管道單元前面插入一個新的管道單元一個新的管道單元在當前管道單元前面插入一在當前管道單元前面插入一個新的管道單元個新的管道單元注意：插入命令的使用一般是在原有管線上修改時使注意：插入命令的使用一般是在原有管線上修改時使用（以確保單元序

12、列正確）用（以確保單元序列正確）三維圖形顯示功能檢查錯誤錯誤檢查欄內紅色信息錯誤檢查欄內紅色信息為錯誤信息；為錯誤信息；綠色信息為警告信息；綠色信息為警告信息；藍色信息為備注信息藍色信息為備注信息雙擊對應警告雙擊對應警告信息軟件會自信息軟件會自動切換到相應動切換到相應單元的數(shù)據表單元的數(shù)據表界面界面雙擊此處警雙擊此處警告信息告信息軟件報告解讀和輸出用戶定義的計算工況（冷用戶定義的計算工況（冷態(tài)、熱態(tài)、純熱態(tài)等）態(tài)、熱態(tài)、純熱態(tài)等）計算參數(shù)（位計算參數(shù)（位移、推力、應移、推力、應力等）力等）雜項（彈簧報告、雜項（彈簧報告、輸入數(shù)據、工況定輸入數(shù)據、工況定義等數(shù)據）義等數(shù)據）報告生成器（用戶首先在左側選中需要報告生成器（用戶首先在左側選中需要輸出的數(shù)據添加到右側窗口中）輸出的數(shù)據添加到右側窗口中）如下確定需要查看的數(shù)據如下確定需要查看的數(shù)據報告后點擊報告查看按鈕報告后點擊報告查