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CAESARⅡ动态分析在管道应力分析中应用 　　【摘　要】本文以往复压缩机的管道振动为例，对管道的应力进行动态分析，具体考虑了单向约束，动静载荷，疲劳破坏等问题。通过具体实例，说明CAESARⅡ对管道的应力分析作用十分显著，它能直接生成图形和计算结果，便于分析，特别是对于动态分析，能直接生成变化图形，且操作简单，便于初学者掌握。 　　【关键词】CAESARⅡ；管道应力；动态分析 　　1.CAESARⅡ简介 　　CAESARⅡ是由美国COADE工程软件公司研制的一款专门对管道应力分析的软件，与中国长沙优易软件开发有限公司开发的AutoPSA7.0各有优劣，CAESARⅡ采用了以有限元分析为基础的专用CFD求解器Ployflow，它能通过使用简单梁为最基本单元建立管系模型，并在此基础上定义系统中的载荷，计算生成系统中的位移、荷载、应力表示结果。更因为它能通过屏幕或表格进行数据输入，形成管系模型，使用方便，计算快捷，受到当今世界工程界的极大欢迎，是目前世界上用户最多的应力分析软件。 　　CAESARⅡ软件的管道应力分析包括静力分析和动力分析两种。静力分析包括：①压力荷载和连续续荷载的平均应力分析；②管道对设备的作用力的分析；③管道支吊架的受力分析；④管道法兰所受压力的分析。动力分析包括：①管道强迫振动的响应分析；②往复压缩机的频率分析；③管道自振频率的分析；④往复压缩机的压力脉动分析。 　　2.CAESARⅡ动态分析在受力分析中的应用实例 　　CAESARⅡ软件可以进行静力分析和动力分析，本文以往复压缩机的管道振动为例进行管道振动的动态应力分析。 　　管道振动及应力分析主要有管道系统的静力分析和动力分析。静力分析由管道支吊架及法兰的受力分析，压力载荷和持续压力作用下的一次应力计算校核等，动力学分析包括管道系统的模态分析，受迫振动的响应分析等。 　　根据力学性质分类可分为直接应力，间接应力和峰值应力。直接应力是由管道的自重，外部载荷和内部压力等直接载荷所引起的正应力和剪应力，直接应力随着载荷的增加而增加，因此，在系统的应力分析中，必须首先满足直接应力的许用值。间接应力是由于管道自身的变形受阻所引起的正应力和剪应力，通常具有很强的自限性，由位移载荷(如：热胀冷缩，附加位移，安装误差等等)所引起的，且通过变形协调使应力下降，它具有周期性，它的许用极限取决于交变应力的范围和交变次数。峰值应力指管件局部的最大应力，可能是直接应力和间接应力的总和。 　　2.1管道振动及应力计算 　　管道系统振动及应力计算主要分为三个步骤：建立模型、边界条件模拟、分析计算结果。 　　2.1.1建立正确的数学模型并输入数据 　　依据管道系统振动分析的有限元理论，将要分析的管道划分成若干个单元，每个单元有俩个节点，将各个单元按顺序输入。输入的数据包括基本参数（如：安装温度，材料牌号，许用应力，弹性模量，泊松比，介质密度，绝热层厚度，管道材质密度等等），管道元件参数（管道元件的形状、外径、壁厚、长度等等），边界条件（管道元件的约束条件、附加位移，管道系统端点的类型，管道系统中的集中荷载、风荷载、地震荷载等等）。对于往复型压力容器管道系统来说，一般在竖直方向添加+Y方向的自由度，对管道系统的管卡节点，限制与管子轴向垂直的四个方向的自由度。对管道系统所受的激荡力，作为集中载荷的各个受力结点。 　　2.1.2 CAESARⅡ软件程序运行 　　数据输入结束，程序自动进行数据检查，对于特别明显的错误，程序会自动返回数据输入状态，并要求重新输入，这样才可以保证管道数据的可靠性。管道分析的第一步是静力分析，软件会对管道自重，压力载荷，温度载荷，位移载荷，风载荷，地震载荷，脉动压力载荷等进行组合分析，对管道进行安全性判断。管道分析的第二步是定义振动参数，需要定义管道系统的激发频率，载荷循环次数和激发力等参数，也会因不同的组合定义不同的参数，参数有些可以设定，有些则需要计算获得。 　　2.2计算结果分析及判断 　　完成计算后，要对计算结果进行分析判断，根据相关标准进行校核。对于管道振动的响应值，必须控制在管道振动的许用振幅之内。 　　静力校核：σ1≤[σ]h (1) 　　式中σ1 -管道元件的静应力，kpa； 　　[σ]h -管道元件材料在设计温度下的许用应力，kpa。 　　如果许用值大于或等于最大节点应力，表示静应力通过校核；否侧，不通过，程序会将相应数据用红色显示。 　　动应力校核：σh≤σa=f（1.25[σ]L+0.25[σ]h） 　　式中σh指管道元件的间接应力，kpa； 　　f指在其寿命内考虑循环总次数影响的许用应力幅度减弱系数，见表1； 　　σa指许用应力的范围； 　　[σ]L管道在20℃时的许用应力； 　　[σ]h指管道元件在设计温度下的许用应力，kpa。 　　管道