2018/8/14
薄膜应力：沿截面均匀分布的应力成分，它等于沿所考虑截面厚度的 应力平均值。 一次总体薄膜应力：影响范围遍及整个结构的一次薄膜应力。 一次局部薄膜应力：影响范围仅限于结构局部区域的一次薄膜应力， 通常其应力水平大于一次总体薄膜应力。 一次弯曲应力：由内压力或其他机械荷载所引起的沿截面厚度线性分 布的应力。一次弯曲应力不能简单理解为由弯矩引起的应力，它实 际上是值 沿厚度线性变化的那一部分应力。 另外在分析设计中还提出了峰值应力的概念，其定义如下。 峰值应力：由局部结构不连续或局部热应力影响而引起的附加于一次 加二次应力的应力增量。它不是应力集中处最大应力的全值，而是 扣除一次应力与二次应力之后的增量部分。峰值应力的基本特征是 局部性与自限性。 在压力容器分析设计中采用的强度理论是最大剪应力理论。最大剪应 力理论的当量应力是第一主应力与第三主应力之差，在压力容器分 析设计中，将这一当量应力定义为应力强度。 压力容器分析设计中各类应力的校核条件为： 1) 一次总体薄膜应力强度 m 2) 一次局部薄膜应力强度 1.5 m 3) 一次薄膜应力加一次弯曲应力强度 1.5 m 4) 一次加二次应力强度 3 m
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由于压力生的径向应力
• 垂直于表面。 • 内表面应力为 -P。 • 外表面应力通常为 0。 • 由于最大的弯曲应力发生在外表面，所以这一项被忽略。
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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。
纵向应力 - SL 环向应力 - SH 径向应力 - SR 剪切应力 -
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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 / 4t or P*di / ( do2 - di2 )
• 弯曲力矩
– 最大应力发生在圆周的最外面。 – Mc/I – I/R(半径 )= Z (抗弯截面模量);使用 M/Z
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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
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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）the loads that cause them) 分为下面几种：
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绪论
• 3D 梁单元的特征 • 无限薄的杆。 • 描述的所有行为都是 根据端点的位移。
• 弯曲是粱单元的主要
特征。
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绪 论
•3D 梁单元的特征
– 仅说明了总体的行为。 – 没有考虑局部的作用 (表面没有碰撞)。 – 忽略了二次影响。
(使转角很小)
– 遵循Hook’s 定律 F=K*x。
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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。
• 扭矩
– 最大的应力发生在外表面。 – MT/2Z
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压力容器和管道中应力
• 剪应力
• 薄膜应力
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压力容器和管道弯曲应力
• 梁单元弯曲应力
• 壳单元弯曲应力
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压力管道与压力容器应力分类比较
压力容器应力分析人员接触到管道应力分析时往往感到困惑的是，在压 力管道应力分析和压力容器分析设计中，均将应力划分为一次应力和二次应 力，但其具体分类方法和校核条件却有所不同；管道应力分析人员在接触到 压力容器分析设计时同样存在上述问题。由于压力管道和压力容器分别采用 了薄壁和厚壁模型，另外压力容器分析设计侧重于局部应力的详细分析，管 道应力分析则主要是对管道系统总体的分析。 压力容器设计所采用的标准分为两类： 一类是按规则设计；另一类是按分析进行设计。常规设计一般以简化计算公 式为基础，再加上一些经验系数，不进行应力分析。 而分析设计中，首先将应力划分为一次应力和二次应力两大类，二者的 定义相似。 一次应力：为平衡压力与其它机械荷载所必须的法向应力或剪应力。其特点 是非自限性，即当结构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，即使荷载不再增加，仍将产生不可限制的塑性流动，直至破坏。 二次应力：为满足外部约束条件或结构自身变形的连续要求所须的法向应力 或剪应力。二次应力的基本特征是具有自限性，即局部屈服和小量变形就可 以使约束条件或变形连续要求得到满足，从而变形不再继续增大。 进一步将一次应力划分为一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力和一次弯曲 应力，其定义如下：
CAESAR II应力分析理论
主讲人:何耀良 2008 aecsoft@
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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。
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静态分析目的
• 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。
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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, Lamé来计算。