管道应力分析试题及答案

管道应力分析试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在管道应力分析中，ASMEB31.3规范将一次应力定义为（）。A.由温度变化引起的自限性应力B.由压力、重力等机械荷载引起的非自限性应力C.由地震引起的偶然应力D.由安装误差引起的峰值应力答案：B2.对于碳钢管道，当设计温度高于多少摄氏度时，必须考虑蠕变效应？（）A.200℃B.250℃C.300℃D.400℃答案：D3.在CAESARⅡ软件中，用于模拟波纹管膨胀节的单元类型是（）。A.ANCHORB.BENDC.EXPANSIONJOINTD.REDUCER答案：C4.当管道采用冷紧（ColdSpring）技术时，其最主要目的是（）。A.降低操作状态下的二次应力B.提高材料屈服强度C.增加支架数量D.减小流体压力损失答案：A5.根据ASMEB31.3，二次应力的许用范围由下列哪一对参数决定？（）A.和B.和C.和D.和答案：A6.在管道柔性分析中，若某管系的热膨胀位移被完全约束，则其二次应力理论上（）。A.为零B.等于一次应力C.趋于无穷大D.等于材料抗拉强度答案：C7.对于一条DN200、Sch40的A106Gr.B管道，其外径为219.1mm，壁厚为8.18mm，在内压2MPa下，环向应力按薄壁公式计算约为（）。A.25MPaB.27MPaC.29MPaD.31MPa答案：B解析：=8.在应力分类中，峰值应力（PeakStress）主要用于评估（）。A.塑性垮塌B.疲劳破坏C.蠕变屈曲D.压缩失稳答案：B9.当管道穿越建筑物沉降缝时，优先选用的应力减缓措施是（）。A.增加固定支架B.设置金属软管或波纹管膨胀节C.提高管道等级D.冷紧50%答案：B10.在CAESARⅡ输出报告中，CodeStressRatio一栏数值大于1.0表示（）。A.该点应力低于许用值B.该点应力超过规范许用值C.软件计算错误D.该点需进行疲劳分析答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分。每题有两个或两个以上正确答案，请将所有正确选项字母填入括号内，漏选、错选均不得分）11.下列哪些荷载属于ASMEB31.3定义的偶然荷载（OccasionalLoad）？（）A.地震B.水锤C.安全阀反力D.风答案：A、B、C、D12.关于管道柔性分析，下列说法正确的有（）。A.增加弯头数量可提高柔性B.冷紧不改变二次应力幅值C.增加支架刚度会降低一次应力D.增加管径会降低热胀推力答案：A、B13.在应力增大系数（SIF）计算中，下列哪些因素会显著影响SIF数值？（）A.弯头弯曲半径与管径之比B.支管与主管直径比C.法兰等级D.弯头角度答案：A、B、D14.下列哪些情况必须做正式的管道应力分析报告？（）A.设计温度≥150℃且管径≥DN100B.连接转动设备（泵、压缩机）的管道C.设计压力≥1MPa的蒸汽管道D.所有合金钢管道答案：A、B、C15.关于膨胀节设计，下列说法正确的有（）。A.内压盲板力必须由固定支架或拉杆吸收B.横向膨胀节可吸收轴向位移C.复式拉杆型膨胀节可吸收大轴向位移D.膨胀节疲劳寿命与位移幅值成反比答案：A、C、D三、填空题（每空2分，共20分）16.ASMEB31.3规定，一次应力许用值取材料在______温度下的许用应力。答案：设计17.二次应力范围校核公式为≤f(1.25答案：应力范围减小18.在CAESARⅡ中，用于模拟法兰泄漏的校核模块名称是______。答案：FlangeCheck19.对于碳钢管道，当计算热胀系数时，参考安装温度通常取______℃。答案：2120.当管道采用L形自然补偿时，短臂与长臂长度比推荐范围为______到______。答案：0.5；1.021.若某管系冷紧量为热胀量的50%，则操作状态下二次应力幅值将降低约______%。答案：2522.在应力增大系数表中，45°弯头的SIF通常______90°弯头的SIF。答案：小于23.当管道穿越铁路时，其埋深自轨枕底至管顶不得小于______m。答案：1.424.对于A312TP316L不锈钢，其在400℃下的线膨胀系数约为______×10⁻⁶mm/(mm·℃)。答案：18.525.在疲劳分析中，若膨胀节设计循环次数为3000次，则安全系数通常取______。答案：10四、简答题（每题8分，共24分）26.简述一次应力、二次应力与峰值应力的区别，并说明各自对应的失效模式。答案：一次应力是由压力、重力、外部荷载等机械荷载引起的非自限性应力，必须满足材料许用应力，失效模式为塑性垮塌或断裂；二次应力是由温度变化、约束等引起的自限性应力，允许局部屈服，失效模式为疲劳或累积塑性变形；峰值应力为局部不连续或热应力集中产生的附加应力，数值高但作用范围小，主要引起疲劳裂纹萌生。27.写出薄壁圆筒在内压作用下的环向应力与轴向应力公式，并说明其适用条件。答案：环向应力=，轴向应力=。适用条件为外径与内径之比≤1.228.说明CAESARⅡ中进行“操作工况+偶然工况”组合时，软件采用的荷载组合原则，并给出典型组合公式。答案：软件采用平方和开方法（SRSS）或绝对值相加法，典型组合为：=其中k为规范规定的偶然荷载系数，ASMEB31.3取0.8，即偶然应力不得超过1.33。五、计算题（共41分）29.（10分）一条水平布置的A106Gr.B管道，外径168.3mm，壁厚7.11mm，设计压力1.5MPa，设计温度250℃，安装温度21℃，线膨胀系数α=12×解：温差Δ热应变ε热应力σ答案：549.6MPa（远高于材料许用，必须设置补偿）30.（15分）某立式泵出口管道为DN150、Sch40、A312TP316L，设计温度320℃，设计压力0.8MPa，管长12m，垂直向下4m后水平延伸8m，端部为固定支架。泵嘴允许推力为500N，允许弯矩为150N·m。忽略压力应力，仅考虑热胀，采用CAESARⅡ简化手算方法，估算泵嘴受力，并判断是否超限。已知：外径168.3mm，壁厚7.11mm，I=(−)=解：温差Δ自由热胀量Δ将立管视为悬臂梁，顶端受水平力F，使顶端位移61mm，则δ弯矩M与泵嘴允许值比较：推力1.56kN>0.5kN，超限；弯矩6.24kN·m>0.15kN·m，超限。答案：推力、弯矩均超限，需增设膨胀节或柔性弯头。31.（16分）一条DN250、Sch30、A53Gr.B水平管道，外径273mm，壁厚7.8mm，跨距10m，中间无支撑，输送密度900kg/m³的液体，自重含管重、液重及保温层折算线荷载q=2.8kN/m。材料弹性模量E=200GPa，屈服强度=240（1）计算最大弯曲应力；（2）按ASMEB31.3验算一次应力是否合格（取=137（3）若不合格，提出两种工程改进方案并给出量化依据。解：（1）简支梁最大弯矩M惯性矩I抗弯模量Z弯曲应力=（2）一次应力=环向应力+轴向弯曲应力环向应力=，题未给压力，假设仅自重，则一次应力=44.6MPa<137MPa，合格。（3）若考虑压力