2010年11月CAESARII高级培训讲义-_应力分析理论及规范应力[1].pdf

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1、PipeStressAnalysiiUisUsingCAESARCAESARIIII金红伟AECsoft6-Nov-10综述ò应力分析的目的ò应力分类ò失效理论ò应力增大系数介绍ò规范应力公式归纳综述6-Nov-10CourseObjectivesCourseObjectives培训课程目标ò掌握管道柔性设计方法和应力分析基础理论ò正确建立分析模型ò正确理解结果阐述与解释ò高效地改造管道系统ò熟悉CAESARII的操作与实际应用~其它……?6-Nov-10为什么要做管道应力分析？ò为了保持管道应力在规范许用应力范围以内。ò为了使持设备

2、管口载荷在许用值以内或符合制造商或公认的标准。(如NEMASM23，API610,API617等等)。ò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。ò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。ò查看管道位移进行碰撞检查ò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。ò优化管道设计6-Nov-10应力分析前期所需准备的资料ò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，它给观察者一个明显的管系三维印象。进行管道应力分析需获

3、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。ò设计规则：选择准确的管道设计规范6-Nov-10如何准确理解应力/规则？ò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ò便于叠加或分离载荷。ò代表一个范围，没有绝对值。ò载荷形式—独立处理并独立分析ò应用SIF放大局部变化（弯头、三通）ò规范委员会的传统和惯例6

4、-Nov-10如何正确评定管道应力？3D梁单元特征ò弯曲主导变形ò对大多数分析来说是高效的。ò对与系统分析来说精度是足够了。6-Nov-103D梁单元ò这种分析方法遗漏了什么？ò没有考虑局部效应（壳体扭转）ò没有考虑二阶效应（2阶效应是柱子等构件由于端部位移大，重心偏离轴线而引起的柱子底部的弯矩~~一般称为P—△效应，在建筑结构分析中指的是竖向荷载的侧移效应。当结构发生水平位移时，竖向荷载就会出现垂直于变形后的的竖向轴线分量，这个分量将增大水平位移量，同时也会增大相应的内力，这在本质上是一种几何非线性效应。考虑构件或结构变形对受力的影

5、响。）ò没有考虑大转动几何变形ò没有考虑碰撞ò默认所有管道支架都是中心线支撑ò不考虑壳体直径/壁厚（即不含管道单元径向方向的影响）6-Nov-10应力分类ò正应力（法向应力）-纵向--正应力是作用在材料晶体结构正面方向的应力，通常是拉伸或压缩。FaxS=F/A/ALaxmS=Pd/(4t)Lo特定载荷:压力，弯矩SL=Fax/Am+Pdo/4t+Mb/Z6-Nov-10应力分类òNormalstresses–hoop法向应力（正应力）-环向：它的方向是垂直于轴向的。其中之一就是内压引起的正应力叫作环向应力。周向应力的方向平行于管壁园周

6、的切线方向。S=P(D=P(D)/(2t)/(2t)Hxlxl载荷:Pressure压力S=P(r2+r2r2/r2)/(r2-r2)拉美公式（厚壁圆筒内压计算）HiiooiS=Pd/2t或Pdi/2t薄膜理论（薄壁）近似为Ho6-Nov-10应力分类ò正应力（法向应力）-径向：径向应力是作用在管壁上的第三种正应力，它与管子的半径方向平行并作用于第三垂直方向上，径向应力是由内压引起的。它的变化范围是从等于管子内壁表面上的内压到等于管子外壁表面上的大气压之间。大气压力S=-PR特定载荷:压力一般忽略不计6-Nov-10应力评定应力分类ò

7、剪切应力：剪应力作用在与材料晶体结构平面相平行的方向，井且可能使晶体相毗邻的平面相互产生滑动的趋势，剪应力的产生不仅仅是一种载荷引起的。Vτ=VQ/Amτ=VQ/A+M/2ZmaxmT特定载荷:横向力6-Nov-10应力评定应力分类ò剪切应力MTτ=MR/2ITo特定载荷:扭矩6-Nov-10三维应力状态ò纵向应力òF/A,PD/4t,M/Z(管道外表面最大)ò环向应力òPD/2tò径向应力ò-P->0(>0(外表面最小)ò剪切应力òT/2Z,VQ/A(外表面最大，最小)6-Nov-10从三维向应力状态至两维应力状态ò无径向其它应力均

8、在一个平面内6-Nov-10受力平衡ò应力X受力面积=力ò任意平面均保持受力平衡ò平面内存在正应力和剪应力分量6-Nov-10莫尔应力圆ò通过莫尔应力圆求解各应力分量6-Nov-10应力命名（定义）ò主应力-平面内无剪切