管道应力分析.ppt

管道应力分析.ppt

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基本应力理论&CAESARII的实施绪论绪论3D梁单元的特征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行为。

基本应力理论&CAESARII的实施绪论绪论3D梁单元的特征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Hooks定律。

基本应力理论&CAESARII的实施基本应力基本应力使用局部坐标系可以将管系应力使用局部坐标系可以将管系应力（以及产生这些应以及产生这些应力的载荷）力的载荷）theloadsthatcausethem）分为下面几种：

分为下面几种：

纵向应力-SL环向应力-SH径向应力-SR剪切应力-基本应力理论&CAESARII的实施纵向应力分量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/4torP*di/（do2-di2）弯曲力矩Mc/I最大应力发生在圆周的最外面。

I/半径Z（抗弯截面系数）;使用M/Z基本应力理论&CAESARII的实施由于压力产生的环向应力由于压力产生的环向应力垂直于半径（圆周）Pd/2t再一次用薄壁的近似值。

环向应力很重要，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,Lam来计算。

基本应力理论&CAESARII的实施由于压力产生的径向应力由于压力产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。

基本应力理论&CAESARII的实施剪切应力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。

扭矩最大的应力发生在外表面。

MT/2Z基本应力理论&CAESARII的实施“综合应力综合应力”中的基本应力中的基本应力评价评价3-D应力应力S=F/A+Pd/4t+M/Z轴向、环向压力和纵向弯曲所产生的应力之和。

根据规范和载荷工况的不同上式将发生变化。

基本应力理论&CAESARII的实施Basisfor“CodeStressEquations”失效理论失效理论变形能或八面体剪切应力（根据米赛斯理论和其它的理论）。

最大剪应力理论（Columb理论）。

大多数理论都根据这个理论。

由于剪切影响而限制最大主应力（Rankine理论）。

CAESARII132列输出应力报告中显示了米赛斯或最大剪应力强度理论。

应力报告由configuration设置来决定。

基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况规范要求使用两个主要失效方式的失效理论。

一次失效。

二次失效。

（第三种失效方式是偶然失效，它与一次失效相似。

）基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况一次失效情况一次失效情况力所引起。

非自限性。

重量、压力和集中力所产生。

基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况二次失效情况二次失效情况位移所引起。

自限性。

温度、位移和其它变化载荷例如，重力。

基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况

（1）=W+T1+P1（OPE）

（2）=W+P1（SUS）（3）=DS1-DS2（EXP）操作工况,用于:

约束&设备载荷最大位移计算EXP工况持续工况，用于一次载荷下规范应力的计算。

膨胀工况，用于“extremedisplacementstressrange”工况3的位移是从工况1的位移减去工况2的位移而得到。

基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况膨胀工况说明膨胀工况说明Whatdoes“DS1-DS2（EXP）”mean?

Isaloadcasewith“T1（EXP）thesamething?

基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况膨胀工况说明膨胀工况说明Thecodestatesthattheexpansionstressesaretobecomputedfromtheextremedisplacementstressrange.Theseareallveryimportantwords.ConsidertheirmeaningEXTREME:

Inthissenseitmeansthemost,orthelargest.RANGE:

Typicallyadifference.Whatdifference?

Thedifferencebetweentheextremes.Whatextremes?

DISPLACEMENT:

Thisdefineswhatextremestotakethedifferenceof.STRESS:

Whatweareeventuallyafter.基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况膨胀工况说明膨胀工况说明Puttingeverythingbacktogether,wearetoldtocomputestressesfromtheextremedisplacementrange.Howcanwedothis?

Considertheequationbeingsolved;Kx=f.Inthisequation,weknowKandf,andwearesolvingforx,thedisplacementvector.InCAESARII,whenwesetupanexpansioncase,wedefineitasDS1-DS2,wherethe1and2refertothedisplacementvector（x）ofloadcases1and2respectively.基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况膨胀工况说明膨胀工况说明（Obviouslytheloadcasenumbersaresubjecttochangeonajobbyjobbasis.）WhatdoyougetwhenyoutakeDS1-DS2?

Wellx1-x2yieldsx,apseudodisplacementvector.xisnotarealsetofdisplacementsthatyoucangooutandmeasurewitharuler,ratheritisthedifferencebetweentwopositionsofthepipe.Oncewehavex,wecanusethesameroutinesusedintheOPEorSUScasestocomputeelementforces,andfinallyelementstresses.基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况膨胀工况说明膨胀工况说明However,theseelementforcesarealsopseudoforces,i.ethedifferenceinforcesbetweentwopositionsofthepipe.Similarly,thestressescomputedarenotrealstresses,butstressdifferences.Thisisexactlywhatthecodewants,thestressdifference,whichwascomputedfromadisplacementrange.Astowhetherornotthisstressdifferenceistheextreme,wellthatdependsonthejob.基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况膨胀工况说明膨胀工况说明Considerthequestionagain;IsDS1-DS2thesameasaloadcasewithjustT1?

.Theanswertothisismaybe.Ifyouhavealinearsystem（fromaboundaryconditionpointofview）,thentheanswerisyes.Youwillgetexactlythesameresults.However,ifthesystemisnon-linear（i.e.youhave+Ys,orgaps,orfriction）,thentheanswerisno.Youwillgetdifferentresults-howdifferentdependsonthejob.ThereasonforthiscanbefoundbyexaminingtheequationKx=fforthetwodifferentmethods.基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况膨胀工况说明膨胀工况说明Forthisdiscussion,rearrangetheequationtox=f/K,whereweknowwedontreallydividebyK,wemultiplybyitsinverse.OPE:

xope=fope/Kope=W+T1+P1/KopeSUS:

xsus=fsus/Ksus=W+P1/KsusEXP:

xexp=xope-xsus=W+T1+P1/Kope-W+P1/KsusCanwesimplifytheaboveequationasfollows?

EXP:

xexp=W+T1+P1/K-W+P1/K基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况膨胀工况说明膨胀工况说明Canwesimplifytheaboveequationasfollows?

EXP:

xexp=W+T1+P1/K-W+P1/KCancelingliketerms（theonesinred）yields:

xexp=T1/KTheassumptionhereisthatKopeisthesameasKsus.Thisassumptionisonlytrueforlinearsystems.Fornon-linearsystems,thestiffnessmatrixisuniqueforeachloadcaseandtheabovecancellationofloadingtermsisincorrect.Yougetthewrongstressresultsfortheexpansioncaseifyousetuploadcasesthisway.基本应力理论&CAESARII的实施规范要求的载荷工况规范要求的载荷工况膨胀工况说明膨胀工况说明AnotherproofthattheDS1-DS2methodisthecorrectwaytogoistoco