八圆管构件的强度与稳定计算PPT课件

第8章：细管元件的强度和稳定性计算、传送内容、3管元件的稳定性计算、1.1管元件性质、1概述、1.2管材料和类型、1.3管元件设计计算方法、1.1管元件性质、管元件(或圆柱薄壳元件)轴向张力或压缩和扭转阻力最大，是中心压杆的理想截面，具有近流线型表面，在风、波、冰等荷载下流动阻力小，钢管柱容易引导钢桩夯，钢桩和配线管共同用力形成整体结构，抵抗环境载荷，清洁钢管外观，防止水蒸气锁住。 注意：焊管节点是空间结构，应力分布复杂。因此，管道节点的类型、承载能力、疲劳强度和合理结构、管道节点的制造工艺和焊接质量的提高、2)管道类型、焊接钢管(带焊缝的管道)(带接缝的管道)以及根据截面形状分为管道和异形管的管道，注：与钢管和圆形实体柱相比：扭转刚度直径小的无缝管道适用于冷轧工艺，直径大的无缝管道适用于热轧工艺，冷轧无缝管道的精度，生产成本高于热轧无缝管道，热轧无缝管道具有明显的应力屈服现象。 冷轧无缝管道是在屈服点处非线性屈服，b)焊接钢管(接缝管)，焊接钢管：弯曲成条状或钢板，变形成圆形、方形等形状，然后焊接到焊接表面的钢管，比无缝管道成本低，生产效率高，焊接钢管取决于焊接方法，包括弧焊管道(用于石油挖掘，机械制造)，电阻焊管，以及纵向焊管生产工艺简单、高效、成本低。螺旋焊管通常比纵向焊接强度高、窄的坯料能生产大管径，但生产效率低，小直径需要纵向焊接，大直径焊管需要螺旋焊接，3)管道零件设计计算方法，海上平台的载荷条件和工作环境比较复杂，缺乏设计数据，目前世界各国的平台规格大多采用许用应力设计方法、许用应力法。必须考虑结构的重要性、载荷条件、材料不均匀性、制造和安装缺陷、计算错误等因素来确定强度安全系数n。格式：s钢的屈服强度n强度安全系数、国家平台规格中的安全系数n确定通常包括工作环境条件和极端环境条件、强度安全系数n、工作环境条件中的安全系数n、极端环境条件中的安全系数n、工作环境条件中的安全系数为工作环境条件中的安全系数30%、焊缝中的许用应力(s为母体金属中的许用应力)、工作环境条件中的焊缝许用应力、工作环境条件中的焊缝许用应力钢结构的强度条件(静态):直接承受动态载荷的结构除了静态强度计算外，还具有疲劳强度校核、疲劳强度：疲劳破坏之前钢所能承受的最大应力。 与钢类型、应力变更规则、应力集中系数、负载重复次数相关。一般表面光滑的构件无需检查疲劳强度，但高强度钢对应力集中很敏感，需要进行疲劳强度检查，导管管节点中应力集中很严重的情况需要进行疲劳强度检查，2)稳定性条件，构件不稳定性是结构构件损伤的另一种形式，钢结构的稳定性条件(稳定):直径大的薄壁钢管构件在轴向压力下作用，会导致管壁局部不稳定：管外壁厚度比其中，构件的稳定性系数，3)变形和刚度条件，弹性结构在载荷下发生弹性变形或振动，过度变形或振动影响平台的正常运行，受弯构件的刚度以挠度测量，轴向应力构件的刚度以长角度比率测量，结构振动以固有振动周期(或频率)测量，2.1强度破坏标准以2管构件的强度计算，2 导管框架的构件主要包括弹性阶段、屈服阶段、加强阶段、颈部收缩阶段4个阶段，根据应力特性分为轴向力构件、弯曲构件、偏心应力构件、外部水压和扭转构件、设计构件之间的连接、1)单向拉伸、单向拉伸应力-应变曲线最终强度b和屈服强度s的差异包括钢的强度储备，2)钢的破坏形式，钢的破坏包括塑性破坏和脆性破坏。塑性破坏是由于变形过大，超出零部件材料可能的变形能力而发生的，具有大的塑性变形，变形时间，容易发现，脆性破坏前变形小，突然发生。在破坏之前没有迹象，比塑料破坏更危险，3)复杂应力状态的屈服条件，第四能量强度理论材料在弹性传递到塑性的强度指标上，在变形时单位体积上累积的能量表示，在复杂应力状态下，如果变形对应于一轴力，钢材料在弹性上转换为塑性。钢单位本体的复杂应力状态、在三向应力下钢从弹性状态转变为塑胶状态的条件，可与单向应力下钢的降伏点进行比较验证。用主应力，表示，当钢处于弹性阶段时，处于塑性阶段；当钢厚度薄时，厚度方向上的应力很小，可以忽略，三向应力状态可以简化为平面应力状态。也就是说，如果普通梁只有正应力和剪切应力，则常识在纯剪切时=0。钢的剪切屈服点是拉伸屈服点s的0.58倍，应力状态对钢性能的影响，(a)-单向拉伸(b)-双向拉伸(c)-双向应力，分析结果：(1)与双向拉伸相比，屈服点和拉伸强度增加，但塑料减少。双向应力下对钢性能的影响，(3)主应力不同时，容易屈服，破坏塑性，差异越大越明显。(2)主应力为东箔时不易屈服，塑性下降，越近越明显。2.2管元件的强度计算，1)轴向应力构件的强度计算：2)管双向弯曲时的强度条件：2)管单向弯曲时的强度条件：3)偏心力构件的强度计算()管轴向受力，在一个主轴平面内弯曲时的强度条件：管轴向受力静水压下管壁的环方向压缩应力：管壁环方向压缩强度条件：管构件轴向应力x，环应力y，剪切应力y的强度条件：5)管构件的扭转强度计算，管构件在扭矩作用下的强度条件：管的材料分布距离界面的中心轴最远，因此管的扭转阻力为3.1 小挠度理论假定不仅在数学上线性化处理，而且结构完整。即，材料和几何图形没有初始缺陷，负载不偏心，并且管构件稳定性的影响因素包括制造方法、初始缺陷、残余应力、边界条件、薄壁管元件具有多个不同屈曲形式时不同负载之间的交叉影响、局部和完全破坏形式的交叉影响、垂直和圆形弹性和非弹性表现法之间的交叉影响、未加固管元件稳定性计算主要是为了确保在工作环境条件和极端环境负载条件下元件的整体稳定性和部分稳定性在3.1轴压力下，管构件的屈曲，1)轴压力下，管构件的弹性局部屈曲应力(直径厚度比)由轴向压力引起，当圆直径厚度比D/t为60 300时，管通常会产生非弹性屈曲。我国和美国API平台规范采用以下公式：管壁非弹性局部屈曲应力 xx: 2)轴向压力下管构件整体屈曲、弹性范围内管构件整体稳定性问题的欧拉公式，同时在整体屈曲受局部屈曲影响的情况下管构件轴向压力下整体屈曲弹性临界应力e:轴向压力下管构件直径厚度比，检查管整体稳定性，然后：样式：非中国平台规范：3)零件的有效长度和允许纵横比，允许的纵横比，以确保管构件的刚度足够(取决于构件的有效长度和两端的约束以及是否有位移)，构件的有效长度是构件的有效长度系数(取决于两端的约束和是否有位移)，4)计算双层刚架腿柱的有效长度系数，对于门架或刚架结构，具有侧移支架的有效长度系数k，求解在共线上找到两个分别对应于GA、GB值的点，与中间线相交的点对应的数值为元件的有效长度系数k，具有侧向移动的固定框架压杆的有效长度系数共线，5)需要考虑局部偏转与整个偏转的交互，以及局部偏转与整个偏转的交互时，有两种方法可以确定允许应力。a)分别获得局部屈曲临界应力和总屈曲临界应力，并通过两个值为许用应力确认稳定性，有两种方法。此方法忽略两个偏转的交互，并不安全b)考虑两个偏转的影响，执行组件稳定性检查。格式：k局部稳定性系数和3354整体稳定性系数或3.2管构件弯矩下的局部屈曲，管构件弯矩作用下的屈曲操作可能会在圆管直径上发生局部弯曲，而不是D/t60。我国平台规格为3.3轴压力和弯矩的组合作用，弯矩和轴向压力下共同工作的管构件存在强度问题和稳定性问题，需要检查其强度和稳定性，1)强度检查：2)稳定性检查：形式：(D/t60)(D/t60情况下1)静水压引起的管构件的环屈曲，海洋平台的未加固管构件通常是静水压下的长管构件，圆形管构件的周向压缩应力为： 此应力是圆形管构件(市)的圆周方向屈曲应力，长圆柱壳的弹性环方向屈曲应力，静水压下管构件的圆周稳定性检查公式：环屈曲安全系数kh，2)轴向拉力与外部水压之间的交互作用使许多管构件在承受外部静态水压的同时，能够承受轴向拉力或弯矩。对于此类零部件，为了考虑外部压力引起的圆周压缩应力和轴向拉伸应力之间的相交影响，我们的平台规格必须指定为：轴向拉伸应力和外部水压共同作用时，管