管道應(yīng)力分析指在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)，為了判定其布置安全、合理，支吊架設(shè)計(jì)正確，而對(duì)管道進(jìn)行的受力情況分析。

應(yīng)力分類
應(yīng)力分析通常包含一次應(yīng)力和二次應(yīng)力兩類，一次應(yīng)力引起的斷裂破壞和二次應(yīng)力引起的疲勞破壞。
一次應(yīng)力：由機(jī)械外荷載引起的正應(yīng)力和剪切應(yīng)力，它必須滿足外部荷內(nèi)部的力和力矩的平衡法則。
特征：一次應(yīng)力是非自限性，它始終隨所加載荷的增加而增加，超過材料的屈服極限或持久強(qiáng)度時(shí)，將使管道發(fā)生塑性破壞或總體變形，因此在管系的應(yīng)力分析中，首先應(yīng)使一次應(yīng)力滿足許用應(yīng)力值。

二次應(yīng)力：由于變形受到約束所產(chǎn)生的正應(yīng)力或剪應(yīng)力，它本身不直接與外力相平衡。
特征：1.管道內(nèi)二次應(yīng)力通常是由位移載荷引起的（如熱膨脹、附加位移，安裝誤差，振動(dòng)載荷）；
2.二次應(yīng)力是自限性的，當(dāng)局部屈服和產(chǎn)生少量塑性變形時(shí)，通過變形協(xié)調(diào)就能使應(yīng)力降低下來；
3.二次應(yīng)力是周期性的（除去安裝引起的二次應(yīng)力）；
4.二次應(yīng)力的許用極限是基于周期性和疲勞斷裂模式，不取決于一個(gè)時(shí)期的應(yīng)力水平，而是取決于交變的應(yīng)力范圍和交變的循環(huán)次數(shù)。

分析原則
管道應(yīng)力分析的原則：管道應(yīng)力分析應(yīng)保證管道在設(shè)計(jì)條件下具有足夠的柔性，防止管道因熱脹冷縮、管道支承或端點(diǎn)附加位移造成應(yīng)力問題。

1.管道柔性
管道柔性是反映管道變形難易程度的一個(gè)物理概念，表示管道通過自身變形吸收熱脹、冷縮和其它位移變形的能力。
進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在保證管道具有足夠的柔性來吸收位移應(yīng)變的前提下，使管道的長度盡可能短或投資盡可能少。在管道柔性設(shè)計(jì)中，除考慮管道本身的熱脹冷縮外，還應(yīng)考慮管道端點(diǎn)的附加位移。設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用下列一種或幾種措施來增加管道的柔性：
1）改變管道的走向；
2）選用波形補(bǔ)償器、套管式補(bǔ)償器或球形補(bǔ)償器；
3）選用彈性支吊架。

2.摩擦系數(shù)
除非另有規(guī)定，在進(jìn)行管道柔性分析時(shí)摩擦系數(shù)應(yīng)作如下考慮：
滑動(dòng)支架：鋼對(duì)鋼 0.3、不銹鋼對(duì)聚四氟乙烯 0.1、聚四氟乙烯對(duì)聚四氟乙烯 0.08、鋼對(duì)混凝土 0.6
滾動(dòng)支架：鋼對(duì)鋼（滾珠） 0.3、鋼對(duì)鋼（滾柱） 0.3
注：滾珠沿軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)采用滑動(dòng)摩擦系數(shù)．

3.合格標(biāo)準(zhǔn)
管道柔性設(shè)計(jì)合格的標(biāo)準(zhǔn)：
1）管道上各點(diǎn)的二次應(yīng)力值應(yīng)小于許用應(yīng)力范圍；
2）管道對(duì)設(shè)備管口的推力和力矩應(yīng)在允許的范圍內(nèi)；
3）管道的最大位移量應(yīng)能滿足管道布置的要求。

4.柔性設(shè)計(jì)管道
應(yīng)進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)的管道：
1）進(jìn)出加熱爐及蒸汽發(fā)生器的高溫管道；
2）進(jìn)出汽輪機(jī)的蒸汽管道；
3）進(jìn)出離心壓縮機(jī)，透平鼓風(fēng)機(jī)的工藝管道；
4）進(jìn)出離心分離機(jī)的工藝管道；
5）進(jìn)出高溫反應(yīng)器的管道；
6）溫度超過400℃的管道；
7）利用圖表或其他簡化法初步分析后，表明需要進(jìn)一步詳細(xì)分析的管道：
8）與有受力要求的其他設(shè)備相連的管道。

分析內(nèi)容
管道應(yīng)力分析主要包括靜力分析和動(dòng)力分析。
靜力分析包括：
1.壓力荷載和持續(xù)荷載作用下的一次應(yīng)力計(jì)算，防止塑性變形破壞；
2.管道熱脹冷縮以及端點(diǎn)附加位移等位移荷載作用下的二次應(yīng)力計(jì)算，防止疲勞破壞；
3.管道對(duì)設(shè)備作用力的計(jì)算，防止作用力太大，保證設(shè)備正常運(yùn)行；
4.管道支吊架的受力計(jì)算，為支吊架設(shè)計(jì)提供依據(jù)；
5.管道上法蘭的受力計(jì)算，防止法蘭泄漏；
6.管系位移計(jì)算，防止管道碰撞和支吊點(diǎn)位移過大。

動(dòng)力分析包括：
1.管道自振頻率分析，防止管道系統(tǒng)共振；
2.管道強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)分析，控制管道振動(dòng)及應(yīng)力；
3.往復(fù)壓縮機(jī)氣柱頻率分析，防止氣柱共振；
4.往復(fù)壓縮機(jī)壓力脈動(dòng)分析，控制壓力脈動(dòng)值。

管道承受的荷載
下述是管道在運(yùn)行中可能會(huì)承受的荷載：
1.重力荷載：包括管道自重、保溫重、介質(zhì)重和積雪重等；
2.壓力荷載：壓力載荷包括內(nèi)壓力和外壓力；
3.位移荷載：位移載荷包括管道熱脹冷縮位移、端點(diǎn)附加位移、支承沉降等；
4.風(fēng)荷載；
5.地震荷載；
6.瞬變流沖擊荷載：如安全閥啟跳或閥門的快速啟閉時(shí)的壓力沖擊；
7.兩相流脈動(dòng)荷載；
8.壓力脈動(dòng)荷載：如往復(fù)壓縮機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)；
9.機(jī)械振動(dòng)荷載：如回轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)。

分析方法
管道應(yīng)力分析的方法有：目測法、圖表法、公式法、和計(jì)算機(jī)分析方法。選用什么分析方法，應(yīng)根據(jù)管道輸送的介質(zhì)、管道操作溫度、操作壓力、公稱直徑和所連接的設(shè)備類型等設(shè)計(jì)條件確定。

此外，管道應(yīng)力分析還可以利用管道設(shè)計(jì)軟件AutoPIPE。AutoPIPE是專用于管道應(yīng)力分析的高級(jí)綜合軟件工具。其直觀的建模環(huán)境和高級(jí)分析功能有助于提高工作效率，改進(jìn)質(zhì)量控制效果。通過實(shí)現(xiàn)與領(lǐng)先的工廠設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的互用性，可以確保管道應(yīng)力工程師、結(jié)構(gòu)工程師和CAD設(shè)計(jì)師之間獲得高效的工作流。

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