管道应力幻灯2011.07.pptVIP

1、管道应力分析的任务 压力、重力、风、地震、压力脉动、冲击等外力荷载和热膨胀的存在，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，物体内某一点的应力，是指物体内该点单位面积上的内力。应力分析的直接理解，应该是通过计算得到物体内的应力分布和数值。然而，通常所说的管道应力分析工作不仅仅是简单计算一下管道的应力，它是一个扩展的概念。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。静力分析是指在静力荷载的作用下对管道进行力学分析，并进行相应的安全评定，使之满足标准规范的要求。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、水锤和冲击荷载作用下管道的振动分析，其目的是使地震和振动的影响得到有效控制。 2、 管道应力分析基础知识 2.1 应力 在外力的作用下，构件发生变形，这说明构件材料内部在外力作用下变形时原子间的相对位置发生了变化，同时原子间的相互作用力（吸引力与排斥力）也发生了改变。这种力的改变量称为内力。 因此，在外力作用下构件发生变形时材料也相应地产生附加内力。这个内力抵抗外力改变其形状。为了说明内力对已变形构件影响的程度，以直杆件为例，如图所示的棱柱形杆件，它是等截面和直轴线的杆件。 内力N的作用线与杆件的轴线重合。这种内力称为轴向力。 内力是沿整个断面m-m连续分布的，单位面积上内力的强度即称为应力，以“σ”表示。 因此，应力是反映构件（材料）受力程度的物理量，由作用力及反作用力 恒等的定律可知，Ⅱ段作用于Ⅰ段及Ⅰ段作用于Ⅱ段的应力是相等的。 设杆件的断面积为A，可得： σ=N/A 式中 σ—应力； 因为N=P,故σ=P/A。应力不仅有大小，而且与它所在截面的方向有关。 构件或物体受外力（荷载）作用下将产生变形，为表明变形的程度，需计算单 位长度内的变形，即应变，以“ε”表示。它是与应力相对应、用以反映物体变 形程度的物理量。 若杆件的材料为碳钢，在杆件的变形为弹性性态时，则杆件的单位长度伸 长量（应变）与作用于杆件单位面积上的力（应力）成正比，按虎克定律则 它的表达式为： ΔL/ L0∝P/A 若上式的比例常数为E,则得： ΔL=PL0/EA 因这一表达式符合虎克定律，常数E称为弹性模数或弹性模量。它随材料和 温度的不同而异。 根据上述“应力”、“应变”的物理意义，可以得到应力与应变的关系式： ε=σ/E或σ=Eε 这个公式的物理意义是：当杆件受拉伸，应力不超过某一限度时，正应力 与轴向应变成正比例关系。 杆件受力有拉伸、剪切、弯曲、扭转四种形式，仅介绍拉伸的一种受力情况。 2.4管道应力分析的静力分析和动力分析 静力分析包括： (1) 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; (2) 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; (3) 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; (4) 管道支吊架的受力计算-为支吊架设计提供依据; (5) 管道上法兰的受力计算-防止法兰泄漏; (6) 管系位移计算-防止管道碰撞和支吊点位移过大。 6 管道的抗震设计 6.1 为达到抗震的目的，应注意的问题? 为达到抗震的目的，应注意以下问题: (1) 管件、阀门等管道组成件宜采用钢质制品; (2) 管道的补偿器宜采用非填料函式补偿器;在有毒及可燃介质管道中严禁采用填料函式补偿器; (3) 管道与储罐等设备的连接应具有柔性; (4) 管道穿过建、构筑物构件时应加套管，管道与套管之间应填塞软质不可燃材料; (5) 自力跨越道路的拱形管道应有防止倾倒的措施。设防烈度为8度、9度时，不应采用自力跨越道路的拱形管道; (6) 管架上应设有防止管道侧向滑落的措施; (7) 铺设在港口码头、引桥上的管道应有防止管道被水浮起、冲落的措施; (8) 沿立式设备布置的竖直管道和采用吊架吊挂的管道应合理设置导向支架。 谢谢大家 (3) 自激振动 在前面讨论的各种受迫振动里，我们假定干扰力和振动无关。事实上有许多情况，维持受迫振动的力就是由振动本身产生的，振动停止了，干扰力也就没有了。这种振动称作“自激” 振动。自