應(yīng)力分析培訓(xùn)講義

1、應(yīng)力分析講義為什么要做管道應(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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，從而保證管道自身和與其相連的機(jī)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(jìn)行力學(xué)分析壓力、重力等荷載作用下的管道一次應(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

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(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(jī)器、設(shè)備作用力的計算管道對機(jī)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(jī)器、設(shè)備正常運(yùn)行；證機(jī)器、設(shè)備正常運(yùn)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(shè)計提供依據(jù)；未支吊架設(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(jī)和往復(fù)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(fù)壓縮機(jī)（泵）管道氣（液）柱固有頻率分析往復(fù)壓縮機(jī)（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(jī)（泵）管道壓力脈動分析往復(fù)壓縮機(jī)（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(qiáng)迫振動響應(yīng)分析管道強(qiáng)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、

4、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(biāo)系可以將管系應(yīng)力使用局部坐標(biāo)系可以將管系應(yīng)力 (以及產(chǎn)生以及產(chǎn)生這些應(yīng)力的載荷）這些應(yīng)力的載荷）the loads that cause them) 分為下面幾種：分為下面幾種： 縱向應(yīng)力 - SL 環(huán)向應(yīng)力 - SH 徑向應(yīng)力 - SR 剪切應(yīng)力 - 縱向應(yīng)力分量縱向應(yīng)力分量 沿著管子的軸向。 軸向力 軸向力除以面積 (F/A) 壓力 Pd / 4t or P*di / ( do2 - di2 ) 彎曲力矩 最大應(yīng)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(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 / 2t 用薄壁的近似值。 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。 環(huán)向應(yīng)力根據(jù)直徑、操作溫度下的許用應(yīng)力、腐蝕余量，加工偏差和壓力用來定義管子的壁厚。 根據(jù)Barlow, Boardman, Lam來計算。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 / 2t 用薄壁的近似值。 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。 環(huán)向應(yīng)力根據(jù)直徑、操作溫度下的許用應(yīng)力、腐蝕余量，加工偏差和壓力用

6、來定義管子的壁厚。 根據(jù)Barlow, Boardman, Lam來計算。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 + Mc / Z 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(zhuǎn)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(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四、彎曲管道橫截面上最大正應(yīng)力發(fā)生在距離中性軸最遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)的變形而不消失二次荷載Secondary load 該荷載伴隨結(jié)構(gòu)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(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(jìn)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(yán)格控制。應(yīng)力分類是根據(jù)應(yīng)力的性質(zhì)不同人為進(jìn)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

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(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

10、形式平面內(nèi)，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(biāo)在超過規(guī)范定義的標(biāo)準(zhǔn)范圍之外的三通和準(zhǔn)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)計關(guān)聯(lián)節(jié)點Node-Cnodes12 這兩個模型在結(jié)構(gòu)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(nèi)”載荷。關(guān)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(jù)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(dāng)前管道單元前面插入在當(dāng)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(dāng)前管道單元前面插入一在當(dāng)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(nèi)紅色信息錯誤檢查欄內(nèi)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(lán)色信息為備注信息藍(lán)色信息為備注信息雙擊對應(yīng)警告雙擊對應(yīng)警告信息軟件會自信息軟件會自動切換到相應(yīng)動切換到相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)表單元的數(shù)據(jù)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(yīng)移、推力、應(yīng)力等）力等）雜項（彈簧報告、雜項（彈簧報告、輸入數(shù)據(jù)、工況定輸入數(shù)據(jù)、工況定義等數(shù)據(jù)）義等數(shù)據(jù)）報告生成器（用戶首先在左側(cè)選中需要報告生成器（用戶首先在左側(cè)選中需要輸出的數(shù)據(jù)添加到右側(cè)窗口中）輸出的數(shù)據(jù)添加到右側(cè)窗口中）如下確定需要查看的數(shù)據(jù)如下確定需要查看的數(shù)據(jù)報告后點擊報告查看按鈕報告后點擊報告查