應(yīng)力分析培訓(xùn)講義

1、一、應(yīng)力分析專業(yè)知識講義-張珍年、孫煥青三、應(yīng)力分析專業(yè)與工藝專業(yè)交 流二、應(yīng)力分析專業(yè)簡介一、應(yīng)力分析專業(yè)知識講義基礎(chǔ)理論篇為什么要做管道應(yīng)力分析？ 壓力、重力、風(fēng)、地震、壓力脈動、沖擊等外力載荷和熱膨脹的存在，是管道產(chǎn)生應(yīng)力問題的主要原因。其中，熱膨脹問題是管道應(yīng)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(yīng)力分析的任務(wù)，實際上是指對管道進行包括應(yīng)力計算在內(nèi)的力學(xué)分析，并使分析結(jié)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(shè)備，以及土建結(jié)構(gòu)的安全。 一般來講，管道應(yīng)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(xué)分析壓力、重力等荷載作

2、用下的管道一次應(yīng)力計算壓力、重力等荷載作用下的管道一次應(yīng)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(yīng)力計算次應(yīng)力計算-防止疲勞破壞；防止疲勞破壞；管道對機器、設(shè)備作用力的計算管道對機器、設(shè)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(shè)備正常運行；證機器、設(shè)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-為支吊架設(shè)計提供依據(jù)；為支吊架設(shè)計提供依據(jù)；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

3、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(fù)壓縮機和往復(fù)泵管道的振動分析、管道的地震分析、水錘和沖擊荷載作用下管道的振動分析。 往復(fù)壓縮機（泵）管道氣（液）柱固有頻率分析往復(fù)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(fù)壓縮機（泵）管道壓力脈動分析往復(fù)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(yīng)分析管道強迫振動響應(yīng)分析-控制管道振動及應(yīng)力；控制管道振動及應(yīng)力； 沖擊荷載作用下管道應(yīng)力分析沖擊荷載作用下管道應(yīng)力分析-防止管

4、道振動和應(yīng)力過防止管道振動和應(yīng)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(yīng)力、應(yīng)變、及應(yīng)力狀態(tài)總應(yīng)力可以分解為垂直于截面正應(yīng)力和截面相切剪應(yīng)力的和成。構(gòu)件中的線應(yīng)變構(gòu)件內(nèi)各點的應(yīng)力不同。三向，二向，單向應(yīng)力狀態(tài)基本應(yīng)力基本應(yīng)力 使用局部坐標系可以將管系應(yīng)力使用局部坐標系可以將管系應(yīng)力 (以及產(chǎn)生這以及產(chǎn)生這些應(yīng)力的些應(yīng)力的載荷載荷the loads that cause them) 分分為下面幾種：為下面幾種： 縱向應(yīng)力 (PD/4S0) 環(huán)向應(yīng)力（PD/2S0） 徑向應(yīng)力（可忽律） 對于薄壁管道來說，內(nèi)壓作用下環(huán)向應(yīng)力對管道強度起決定作用；熱作用下，縱向

5、應(yīng)力對管道影響最大。薄壁管道與厚壁管道的劃分，K=D0/Di=1.2。K小于等于1.2為薄壁管道。K大于1.2為厚壁管道?？v向應(yīng)力分量縱向應(yīng)力分量 沿著管子的軸向。 軸向力（軸向拉壓時管道橫截面產(chǎn)生的正應(yīng)力）圣維南定理 軸向力除以面積 (F/A)，A=/4(Do2 - Di2 ) 彎曲力矩 最大應(yīng)力發(fā)生在圓周的最外面。 Iz為截面慣性矩 6max=Mymax/Iz，Iz= /64(Do4 Di4 )由于壓力產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力由于壓力產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力 垂直于半徑 (圓周) Pd / 2So（So為管道壁厚，d為平均直徑） 適用于薄壁圓筒 環(huán)向應(yīng)力用于設(shè)計管道壁厚，盡管它不是“綜合應(yīng)力”的一部分。 根據(jù)

6、Lam來計算（厚壁圓筒）。剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力 平面內(nèi)垂直于半徑。 剪切力 這個載荷在外表面最小，因此在管系應(yīng)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(yīng)力發(fā)生在外表面。 MT/2Z “綜合應(yīng)力綜合應(yīng)力”中的基本應(yīng)力中的基本應(yīng)力 評價評價 3-D 應(yīng)力應(yīng)力 S = F / A + Pd / 4t + My/Iz 軸向、縱向壓力和縱向彎曲所產(chǎn)生的應(yīng)力之和。 根據(jù)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，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。軸向拉伸或壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲四種形式之一，或其組合。一、軸向拉伸和壓縮 二、剪切( 支吊架處）管

7、道變形的基本形式三、扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)變形的靜力關(guān)系截面上的扭矩抗扭截面模量剪應(yīng)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(nèi)產(chǎn)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管道橫截面上最大正應(yīng)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 Occasional load一次荷載 Primary load 該荷載伴隨結(jié)構(gòu)的變形而不消失二次荷載 Sec

8、ondary load 該荷載伴隨結(jié)構(gòu)的變形而消失。通常是由位移引起的。偶然荷載Occasional load 管道破壞的相互影響管道應(yīng)力的校核 管道應(yīng)力的校核主要是為了防止管壁內(nèi)應(yīng)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(yīng)力，不同的應(yīng)力對損傷破壞的影響各不相同，如果根據(jù)綜合應(yīng)力進行應(yīng)力校核會導(dǎo)致過于保守的結(jié)果。因此管道應(yīng)力的校核采用了應(yīng)力分類。危險小的應(yīng)力，許用值放寬；危險大的應(yīng)力，許用值嚴格控制。應(yīng)力分類是根據(jù)應(yīng)力的性質(zhì)不同人為進行的，它并不一定是實踐能夠測量的應(yīng)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理論。 一次失效。(W+P+F) SUS

9、Sh(預(yù)計最高溫度下的許用應(yīng)力) 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(jù)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(fù)選框雙擊大小頭復(fù)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(yīng)力增大系數(shù)的定義雙擊三通復(fù)選雙擊三通復(fù)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形式平面內(nèi)，

10、三通形式平面內(nèi)，平面外的應(yīng)力增大平面外的應(yīng)力增大系數(shù)（依據(jù)相應(yīng)規(guī)系數(shù)（依據(jù)相應(yīng)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(yīng)力彎頭需要自定義應(yīng)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(shè)計三維圖形顯示功能二、應(yīng)力分析專業(yè)簡介紐帶與橋梁經(jīng)驗與論證全方位服務(wù)型專業(yè)體系紐帶與橋梁 在一個以產(chǎn)出高?；ぎa(chǎn)品的企業(yè)里，安全永遠應(yīng)該被排在第一位。不僅是因為，安全關(guān)系著人，還關(guān)系著整個企業(yè)的生存。 作為應(yīng)力分析專業(yè)，從某種程度上來說，便保證了設(shè)計單位與將來投產(chǎn)的裝置的第一層安全屏障。經(jīng)驗與論證 應(yīng)力分析專業(yè)的一個首要任務(wù)就是，將我們的實踐操作經(jīng)驗加以理論的分析與論證。做到以下幾點：第一、裝置在任何操作條件下均能保證安全運行第二、將支吊點的受力控制在合理的范圍內(nèi)，減少不必要的投資第三、給出合理的符合管道自身形變要