壓力管道應(yīng)力分析的內(nèi)容及特點(diǎn)研究

馬鵬 吳晨 朱旭晨

摘要：隨著當(dāng)今社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)生活的要求也在不斷提高。目前，許多領(lǐng)域已經(jīng)開始使用壓力管道。對(duì)壓力管道需求的增加也意味著管道的數(shù)量和類型需要增加。壓力管道的應(yīng)力分析是管道設(shè)計(jì)中的重要工作之一。管道設(shè)計(jì)應(yīng)按工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行，管道設(shè)計(jì)應(yīng)從管道受力、管道材質(zhì)、配管等方面入手。由于壓力管道承受各種復(fù)雜的載荷，壓力管道的應(yīng)力分析比較困難，阻礙了管道的設(shè)計(jì)工作。而且，管道在運(yùn)行和生產(chǎn)過程中安全質(zhì)量的關(guān)鍵是應(yīng)力的存在。因此，尋找管道應(yīng)力分析的方法具有重要意義。本文論述了壓力管道的受力特點(diǎn)及分布規(guī)律，為工程建設(shè)、管道選型及管道設(shè)計(jì)提供可靠的資料和數(shù)據(jù)，以確保與土建結(jié)構(gòu)及管道連接的設(shè)備和管道的安全，確保整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)的安全，提高壓力管道的使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：應(yīng)力;特點(diǎn);壓力;內(nèi)容;管道

前言

壓力管道有著非常廣泛的應(yīng)用，其在各個(gè)地方的應(yīng)用非常關(guān)鍵。在管道設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)力分析直接影響到管道的質(zhì)量和安全。壓力管道的關(guān)鍵作用是輸送物料。適用于冶金工程、電力工程、天然氣、石油化工等重要的大型建設(shè)項(xiàng)目，以滿足部分供應(yīng)或運(yùn)輸?shù)男枰９艿朗禽斔徒橘|(zhì)材料的重要載體，尤其是管道的安全和質(zhì)量。有必要對(duì)壓力管道進(jìn)行應(yīng)力分析，明確應(yīng)力分布及形成原因，從而更有效地解決管道應(yīng)力問題。由于外部環(huán)境因素和整個(gè)管道系統(tǒng)都會(huì)對(duì)壓力管道的應(yīng)力產(chǎn)生很大的影響，并且會(huì)受到流體流動(dòng)的影響，這就增加了應(yīng)力分析的復(fù)雜性。

一、壓力管道應(yīng)力分析的意義

管道廣泛應(yīng)用于市政建設(shè)、化工、石油石化等行業(yè)。這些行業(yè)對(duì)工程安全指標(biāo)和投資都有很高的要求。在壓力管道應(yīng)力分析中應(yīng)充分理解這一概念。應(yīng)力是指管道構(gòu)件在施工過程中施加的單位面積內(nèi)力，在外荷載作用下形成較大值。如果超過材料的極限強(qiáng)度，就會(huì)引起管道失穩(wěn)、斷裂、變形等狀況。關(guān)鍵在于外部熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。在管道應(yīng)力分析的條件下，保證工藝設(shè)備的良好使用，保持其靈活性。通過對(duì)熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的精確計(jì)算和分析，得到設(shè)計(jì)管道的擬合參數(shù)，計(jì)算變形和應(yīng)力、應(yīng)力和負(fù)荷，保證管道的可靠性和安全性。

二、壓力管道應(yīng)力分析內(nèi)容

明確分析的類型是壓力管道應(yīng)力分析的重要前提。根據(jù)不同應(yīng)力類型的特點(diǎn)，應(yīng)用有針對(duì)性的措施來降低壓力管道的應(yīng)力。根據(jù)壓力管道應(yīng)力的方向、范圍和強(qiáng)度以及應(yīng)力的影響因素、應(yīng)力類型、管道應(yīng)力分布、工作流程、分配的分析任務(wù)等，其中最重要的是應(yīng)力類型，而對(duì)管道設(shè)計(jì)技術(shù)方面最基本的要求就是掌握應(yīng)力類型并快速分析。

1.壓力管道一次應(yīng)力分析內(nèi)容

壓力管道的一次應(yīng)力是由一定的外載荷引起的。壓力管道存在外荷載的關(guān)鍵原因是受外力的影響，如風(fēng)壓、介質(zhì)壓力、重力等，因此具有一次應(yīng)力無限的特點(diǎn)，因此在外力無線增加的影響下，壓力管道會(huì)無限增大應(yīng)力，從而產(chǎn)生壓力管道的變形或開裂現(xiàn)象。但壓力管道的應(yīng)力方向與外力方向相反。壓力管道變形斷裂的關(guān)鍵原因是受一次應(yīng)力的影響，如果壓力管道的一次應(yīng)力大于壓力管道材料的塑性變形值，就會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象，會(huì)造成輸送流體在壓力管道中的沖擊和損失，影響工程的正常運(yùn)行。所以應(yīng)嚴(yán)格控制壓力管道上的外力，在選擇管道時(shí)，管道的塑性變形值應(yīng)大于外力。

2.壓力管道二次應(yīng)力分析

與氣體一樣，流體的體積也會(huì)受到溫度的影響，因?yàn)閷?duì)于液體來說，壓力管道的變形很小。當(dāng)外力引起局部屈服時(shí)，管道會(huì)發(fā)生變形，直至外力與一次應(yīng)力達(dá)到平衡，當(dāng)壓力管道承受多次變化的載荷時(shí)，其塑性變形值不斷減小，導(dǎo)致管道疲勞失效。壓力管道在二次壓力作用下會(huì)發(fā)生破壞，對(duì)于二次應(yīng)力作用下的管道，其破壞時(shí)間不受一次應(yīng)力的限制，而受循環(huán)次數(shù)和交變應(yīng)力的限制。二次應(yīng)力比一次應(yīng)力更直接。這種應(yīng)力通常來源于剪應(yīng)力和法向應(yīng)力引起的相應(yīng)熱膨脹和收縮或其他位移約束。它的一個(gè)特點(diǎn)是不能與外力形成平衡關(guān)系，因此具有非常明顯的自限特性。基本上，由于材料和質(zhì)量的關(guān)系，材料本身會(huì)有相應(yīng)的屈服值。如果二次應(yīng)力使管道的荷載超過屈服極限值，容易引起管道的局部變形。此時(shí)，有關(guān)人員應(yīng)重新分配和規(guī)劃應(yīng)力，使材料應(yīng)變滿足自平衡的要求。

3.壓力管道峰值應(yīng)力分析內(nèi)容

在局部類別中，壓力管道承受的應(yīng)力是峰值應(yīng)力，而不是壓力管道承受的最大應(yīng)力。由于壓力管道的形狀非常復(fù)雜，會(huì)產(chǎn)生突然的形狀變化，如急轉(zhuǎn)彎等，受突然變化的載荷的影響，產(chǎn)生壓力管道上的應(yīng)力峰值，產(chǎn)生峰值的原因與壓力管道中設(shè)備的形式密切相關(guān)。峰值壓力不會(huì)導(dǎo)致壓力管道破裂和變形。然而，在壓力管道疲勞應(yīng)力條件下，峰值應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致壓力管道斷裂。

三、壓力管道應(yīng)力分析的特點(diǎn)探討

壓力管道中應(yīng)力管道的應(yīng)力處理與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在著明顯的差異，導(dǎo)致壓力管道分析數(shù)據(jù)有一定的誤差，這使得工作人員編制的數(shù)據(jù)報(bào)表有誤，這將影響壓力管道的正常運(yùn)行。壓力管道初始應(yīng)力分析的目的是防止壓力管道在未經(jīng)操作的情況下發(fā)生破裂或坍塌。壓力管道應(yīng)力分析的目的是防止壓力管道在使用過程中出現(xiàn)管道凹陷、開裂以及低溫、高溫的變化，影響正常壓力管道輸送流體，峰值應(yīng)力分析的目的是避免管道突變部位的管道破裂。

結(jié)束語

總之，由于我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，不斷進(jìn)行工業(yè)建設(shè)，壓力管道的使用關(guān)系到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的建設(shè)。特別是在化工行業(yè)，需要大量的管道輸送介質(zhì)物料，使生產(chǎn)系統(tǒng)更加完善。因此，建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)對(duì)管道的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在管道設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)力分析直接影響到管道的質(zhì)量和安全。管道是輸送介質(zhì)材料的重要載體，尤其是管道的安全和質(zhì)量。有必要對(duì)壓力管道進(jìn)行應(yīng)力分析，明確應(yīng)力分布及形成原因，從而更有效地解決管道應(yīng)力問題。

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