管道应力分析实例 什么是管道应力分析

管道应力分析是2020年公布的电力名词。

百度百科对管道应力分析的解析是：对管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热膨胀、冷缩、位移受约束时所产生的二次应力，以及管道对设备的推力和力矩进行的验算。

为什么要进行管道应力分析？

• 使管道应力在规范的许用范围内，保证管道系统的整体安全；
• 使动（静）设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准，使其能长周期、平稳的运转；
• 计算出作用在管道支吊架上的荷载；
• 确定管道热位移及各种冲击载荷所导致的管道位移；
• 解决管道动力学问题：机械振动、脉动、安全阀排放等；
• 帮助配管优化设计。

管道应力分析分为哪些类型？

管道应力分析主要包括静力分析（含疲劳分析、风载荷及地震载荷分析）和动力分析，其中静力分析包括：

• 压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算，主要是为了防止管道塑性变形破坏；
• 管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算，主要是为了防止疲劳破坏；
• 管道对设备作用力的计算，主要是为了防止作用力太大，保证设备正常运行；
• 管道支吊架的受力计算，主要是为支吊架设计提供依据；
• 管道上法兰的受力计算，主要是为了防止法兰泄漏；
• 管系位移计算，主要是为了防止管道碰撞和支吊点位移过大。

动力分析包括：

• 管道强迫振动响应分析，主要是为了控制管道振动及应力；
• 往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析，主要是为了防止气柱共振；
• 管道自振频率分析，主要是为了防止管道系统共振；
• 往复压缩机（泵）压力脉动分析，主要是为了控制压力脉动值。

管道应力分析有哪些方法？

目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。选用什么分析方法，应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。

除了上述方法，我们还可以借助BIM软件，帮助建立管道模型及应用分析计算。

AutoPIPE是专用于管道应力分析的高级综合软件工具。其直观的建模环境和高级分析功能有助于提高工作效率，改进质量控制效果。

AutoPIPE能快速简便地创建、修改和审查管道和结构模型及其结果，可节省时间。通过在一个提供高级线性和非线性分析功能（针对温度、风力、波浪、浮标、雪、地震和瞬时载荷）的应用程序中进行静态和动态分析，进一步节省了时间。

AutoPIPE还有哪些功能呢？

1、独特的图形界面

AutoPIPE独特地将高级分析技术和直观的可视化图形界面进行集成。用户可使用简单的标准Windows技术，如剪切、拷贝、粘贴等来进行管道模型和荷载条件的建立和修改，而且分析的结果业直观的反应到模型中，简单的单击鼠标即可即时得察看应力、位移等参数， 这大大超越了传统的表格技术。

2、元件属性库

AutoPIPE包括全面的元件属性库，包括管段、大小头、三通、阀门、法兰等管件库，型钢截面库以及各种约束条件的管道支吊架库（固定支架、导向支架、弹簧吊架等）。另外，还包括根据温度和许用应力数据的基于ASME/ANSI, JIS, DIN，GB等标准的材质库。

3、弹簧吊架设计

AutoPIPE可分析计算一种或多种操作条件下的弹簧吊架，程序可根据结果直接自动选择厂商数据库中的弹簧（现有国内华东和西北电力院的标准）。

4、附属钢结构模型

AutoPIPE提供了内置的钢结构框架分析，用户可将结构支撑考虑为管道系统的一个部分进行分析。AutoPIPE内置有STAAD的型钢库，用户也可自定义型钢库。对于钢结构框架，在程序中和管道模型一样采用直观的可视化图形用户界面，用户可直观对模型和荷载条件进行定义。

5、非线性分析选项

AutoPIPE提供了包括导向支架的摩擦和缝隙，双线性弹簧吊及埋地管线等多种非线性分析的选项。用户可在支撑点指定摩擦和缝隙的参数，从而进行真实情况的边界条件模拟。AutoPIPE的独特性还在于提供指定非线性荷载次序，如，用户可指定风载、地震等在自重条件下立即进行分析，也可指定在热载下进行分析。这样，用户就可精确的分析计算非线性荷载在不同工况下的影响。

6、局部应力计算

AutoPIPE提供和WinNOZL软件的接口来对设备管嘴连接处的局部应力进行分析，可选用WRC107、WRC297、BS5500、API650等不同标准进行分析。而且，对于加强板等的计算，是AutoPIPE独有的特性，且适用于各种形状的设备。从AutoPIPE中直接导出管道系统的荷载特性进行局部应力计算，不仅大大节省时间，而且避免了人工错误。

7、有限元分析理论

AutoPIPE是采用内置的有限元分析机理来解决静力和动力条件下管道及其附属结构的应力分析的程序，但用户却并不需要有复杂的有限元理论基础。

8、动力分析

动力分析包括模态分析和自然频率分析，反应波谱分析，衰减谐波分析以及时程分析等。AutoPIPE还内置了流体的瞬时冲击合成分析。利用管网脉动分析软件PULS，用户可计算流体脉动的荷载并将其输入到AutoPIPE中进行管道应力的动力分析。

9、等效线性分析

等校线性分析是专对选择了日本KHK的二级地震分析标准附加模块的。该标准是专门根据地震中管网的弯头处可经受的大变形及其产生高度集中的局部塑性荷载的要求制定的，可满足如日本1995年1月神户大地震的要求。

10、后处理

在对管网进行分析之后，用户可单击可视化的模型来即时察看应力、荷载、变形位移等数据，而且这些数据可分颜色的显示在图形模型上，以利于工程师直观地迅速确定危险点。此外，报表的输出可由用户来设定过滤条件，以选择所需要输出的数据。

11、校核标准

AutoPIPE包含下列通用国际标准（仅列举部分）：

ASME Section III Class 1, 2 & 3

Canadian CAN/CSA – Z662

British Standards BS 806 and BS 7159 (GRP Piping Code)

Japanese MITI 501, Class 3 piping, Japanese General Fire Protection code, and Japanese KHK Seismic Levels 1 & 2

French RCC-M and SNCT

European piping code standard EN 13480

12、高级特性

AutoPIPE提供了诸多独特的高级特性，具体有如浪载、埋地分析、管道和管廊的相互作用、局部应力分析、时程分析、流体冲击瞬时合成、非线性摩擦、安全阀、FRP/GRP管道以及夹套管分析等。

13、质量认证

AutoPIPE通过了严格的安全认证审查，如10CFR50 App. B，ASME NQA-1，ANSI N45.2等，还通过了核安全认证，通过针对流程工业、电力、石油天然气、核能、地下、海上和海底管道的高级分析功能，能加速Class 1、2和3核管道系统的设计。

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