CAESAR II管道应力计算入门教程(一):应力分析基础知识(1)

应力分析基础知识(1)

前言

CAESAR II是世界上应用最广泛的管道应力和柔性分析软件,其被广泛应用于石化、化工、电力、海事、船舶、建筑、制药等众多行业领域。

对于想学习CAESAR II的朋友们,雨常在此提醒:

  1. CAESAR II并不是一个独立的软件,与AutoCAD、Photoshop、3dmax等软件不同,CAESAR II的学习必须有一定的管道设计基本知识。
  2. 如果您之前没有从事或学习过管道设计,也没有接触过这方面的东西,我建议您先不要学习CAESAR II,因为那将极为困难。

如果您了解了以上内容,为CAESAR II的学习积累了一定的管道基础知识,那我们下面进入正题:

管道应力分析的目的

我们为什么要进行管道的应力分析,在普通人看来,金属的管道如此坚硬不可能容易损坏的,但事实上并不是;压力管道其实受了很多的作用力:

  1. 重力
  2. 内/外压力
  3. 温度及温度变化
  4. 风载、地震、安全阀泄放等偶然载荷
  5. 振动

那这些作用力会导致哪些问题呢:

  1. 因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏;
  2.  管道接头处泄漏;
  3.  管道的推力或力矩过大, 而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形,影响设备正常运行;
  4. 管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏;

所以我们做管道应力分析就是要解决以上的问题,来保证我们的管道运行时的安全。

应力分析主要的标准和规范

标准和规范是管道设计和建造的最低要求,如下是在CAESAR II中我们压力管道常用到的标准:

  1. ASME B31.1  动力管道:主要用于电厂汽水管道,也可用于电厂供热管道;
  2. ASME B31.3  工艺管道:普通的工厂工艺管道大多都采用些标准。

CAESAR II中主要校核的应力:

  1. 一次应力:为平衡压力与其它机械载荷所必须的法向应力或剪应力。

一次应力分为以下三种:

(1)一次总体薄膜应力 是影响范围遍及整个结构的一次薄膜应力。在塑性流动过程之中一次总体薄膜应力不会重新分布,它将直接导致结构破坏。

(2)一次局部薄膜应力 应力水平大于一次总体薄膜应力,但影响范围仅限于结构局部区域的一次薄膜应力。当结构局部发生塑性流动时,这类应力将重新分布。若不加以限制,则当载荷从结构的某一高应力区传递到另一低应力区时,会产生过量塑性变形而导致破坏。

(3)一次弯曲应力 平衡压力或其他机械载荷所需的沿截面厚度线性分布的弯曲应力。

2. 二次应力:二次应力是指相互连接的零部件各自欲发生形变而受到对方限制而引起的应力。

由于温度载荷以及结构的总体几何不连续或材料不连续所产生的应力,这种应力称为二次应力。
简单来说,一次应力通常是因为管道重量引起的,二次应力则是因为温度导致的热胀冷缩而引起的。

降低管道应力的方法:

  1. 一次应力:通常通过增加管道的支撑来降低持续的应力;
  2. 二次应力:通过增加管道柔性来吸收热胀冷缩。

 

本次CAESAR II的应力分析基础知识就先介绍至此,基础知识是比较枯燥无聊的,那下一篇将先给大家介绍一下CAESAR II的简单操作。

 同时,有什么学习中的问题,还有业务上的交流,欢迎加我QQ:249008088

 

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