企业培训_应力分析培训讲义

应力分析讲义 为什么要做管道应力分析 压力 重力 风 地震 压力脉动 冲击等外力载荷和热膨胀的存在 是管道产生应力问题的主要原因 其中 热膨胀问题是管道应力分析所要解决的最常见和最主要的问题 通俗来讲管道应力分析的任务 实际上是指对管道进行包括应力计算在内的力学分析 并使分析结果满足标准规范的要求 从而保证管道自身和与其相连的机器 设备以及土建结构的安全 一般来讲 管道应力分析可以分为静力分析和动力分析两部分 静力分析是指在静力载荷的作用下对管道进行力学分析压力 重力等荷载作用下的管道一次应力计算 防止塑性变形破坏 热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载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 未支吊架设计提供依据 管道上法兰的受力计算 防止法兰泄漏 管系位移计算 防止管道碰撞和支吊点位移过大 静态分析目的 动态分析目的 动力分析则主要指往复压缩机和往复泵管道的振动分析 管道的地震分析 水锤和冲击荷载作用下管道的振动分析 往复压缩机 泵 管道气 液 柱固有频率分析 防止气 液 柱共振 往复压缩机 泵 管道压力脉动分析 控制压力脉动值 管道固有频率分析 防止管道系统共振 管道强迫振动响应分析 控制管道振动及应力 冲击荷载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 防止管道地震力过大 应力 应变 及应力状态 总应力可以分解为垂直于截面正应力和截面相切剪应力的和成 构件中的线应变 构件内各点的应力不同 三向 二向 单向应力状态 基本应力 使用局部坐标系可以将管系应力 以及产生这些应力的载荷 theloadsthatcausethem 分为下面几种 纵向应力 SL环向应力 SH径向应力 SR剪切应力 纵向应力分量 沿着管子的轴向 轴向力轴向力除以面积 F A 压力Pd 4torP di do2 di2 弯曲力矩最大应力发生在圆周的最外面 Mc II R 半径 Z 抗弯截面模量 使用M Z 由于压力产生的环向应力 垂直于半径 圆周 Pd 2t用薄壁的近似值 环向应力用于设计管道壁厚 尽管它不是 综合应力 的一部分 环向应力根据直径 操作温度下的许用应力 腐蚀余量 加工偏差和压力用来定义管子的壁厚 根据Barlow Boardman Lam 来计算 由于压力产生的环向应力 垂直于半径 圆周 Pd 2t用薄壁的近似值 环向应力用于设计管道壁厚 尽管它不是 综合应力 的一部分 环向应力根据直径 操作温度下的许用应力 腐蚀余量 加工偏差和压力用来定义管子的壁厚 根据Barlow Boardman Lam 来计算 剪切应力 平面内垂直于半径 剪切力这个载荷在外表面最小 因此在管系应力计算中省略了这一项 在支撑处要求局部考虑 扭矩最大的应力发生在外表面 MT 2Z 综合应力 中的基本应力 评价3 D应力S F A Pd 4t Mc Z轴向 纵向压力和纵向弯曲所产生的应力之和 根据规范和载荷工况的不同上式将发生变化 管道变形的基本形式 管道在外力作用下期尺寸和状态都将发生变化 主要用线位移和角位移来度量 无非轴向拉伸或压缩 剪切 扭转和弯曲四种形式之一 或其组合 一 轴向拉伸和压缩二 剪切 管道变形的基本形式 三 扭转 扭转变形的静力关系 截面上的扭矩 抗扭截面模量 剪应力最大值 管道变形的基本形式 四 弯曲多种载荷都可能在管道内产生弯矩 造成管道弯曲 横力弯曲 管道截面不但存在弯矩 还有剪力 纯弯曲 管道两端只有弯矩而无剪力时的弯曲变形 管道变形的基本形式 四 弯曲管道横截面上最大正应力发生在距离中性轴最远处 为弯矩 抗弯截面模量 Iz横截面z轴 中性轴 的截面惯性矩 Wz抗弯模量 载荷种类LoadType 一次荷载Primaryload二次荷载Secondaryload偶然荷载Occationalload 一次荷载Primaryload 该荷载伴随结构的变形而不消失 二次荷载Secondaryload 该荷载伴随结构的变形而消失 偶然荷载Occasionalload 类似一次荷载 不持续发生 偶尔会发生作用 管道应力的校核 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 各种不同载荷引发不同类型的应力 不同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会导致过于保守的结果 因此管道应力的校核采用了应力分类 危险小的应力 许用值放宽 危险大的应力 许用值严格控制 应力分类是根据应力的性质不同人为进行的 它并不一定是实践能够测量的应力 规范要求的载荷工况 规范要求使用两个主要失效方式的失效理论 一次失效 W P F SUS Sh二次失效 DS1 DS2 T D 1 25 Sh Sc S1 第三种失效方式是偶然失效 它与一次失效相似 管道应力分类 一次应力 一次应力是由于压力 重力与其他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 规范要求的载荷工况 一次应力 一次失效情况力所引起 非自限性 重量W 压力P和集中力F所产生 管道应力分类 二次应力 二次应力是由于管道变形受到约束而产生的应力 它由管道热胀 冷缩 端点位移等位移荷载的作用而引起 它不直接与外力平衡 而是为满足位移约束条件或管道自身变形的连续要求所必需的应力 二次应力的特点是具有自限性 即局部屈服或小量变形就可以使位移约束条件或自身变形连续要求