壓力管道應(yīng)力分析

前言

　　為了保障壓力管道運行安全、保護人民生命和財產(chǎn)安全，勞動部于1996年頒發(fā)了《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》。其后，為了加強對壓力容器壓力管道設(shè)計單位的質(zhì)量監(jiān)督和安全監(jiān)察、確保壓力容器壓力管道的設(shè)計質(zhì)量，國家質(zhì)量檢驗檢疫總局制定了《壓力容器壓力管道設(shè)計單位資格許可與管理規(guī)則》。該規(guī)則規(guī)定，從事壓力容器壓力管道設(shè)計的單位，必須具有相應(yīng)級別的設(shè)計資格，取得《壓力容器壓力管道設(shè)計許可證》。對于壓力管道的設(shè)計，取得許可證的條件之一，就是從事壓力管道設(shè)計的批準（或?qū)彾ǎ┤藛T、審核人員，必須經(jīng)過規(guī)定的培訓(xùn)，考試合格，并取得相應(yīng)資格的《設(shè)計審批員資格證書》。設(shè)計單位取得壓力管道的設(shè)計許可證，除必須具備規(guī)定數(shù)量的審批人員外，設(shè)計、校核人員也必須通過相應(yīng)的考試。自1998年起，本書作者作為考核人員參加了中國石化集團公司的壓力管道設(shè)計單位資格認證工作，并擔(dān)任了審批人員資格考試的管道應(yīng)力分析專業(yè)培訓(xùn)主講教師，此外還在各種管道應(yīng)力培訓(xùn)班上主講了管道應(yīng)力分析。在上述活動中，作者深感管道應(yīng)力分析人員的水平在理論和實踐兩個方面都有待進一步提高。另外，國內(nèi)的管道應(yīng)力分析參考書均編寫于20世紀80年代初，在某些方面已跟不上技術(shù)的最新進展，有些文獻在內(nèi)容上還存在一些較為嚴重的錯誤，容易給讀者以誤導(dǎo)?；谏鲜鲈?，作者以壓力管道審批人員資格考試培訓(xùn)班和其他管道應(yīng)力培訓(xùn)班的講義為基礎(chǔ)，進一步匯集了國內(nèi)外管道應(yīng)力分析方面的最新進展，并結(jié)合作者多年管道應(yīng)力分析工作經(jīng)驗編成本書，以求對管道應(yīng)力分析人員有所幫助?！　毫艿涝O(shè)計分為三個專業(yè)——配管、管道材料和管道應(yīng)力。其中管道應(yīng)力分析直接關(guān)系到管道自身和與其相連的機器、設(shè)備、土建結(jié)構(gòu)的安全，具有很高的技術(shù)含量，在管道設(shè)計中受到越來越多的重視。與國外相比，我國的管道應(yīng)力分析工作開展較晚，在國家標準GB50316《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》中，與管道應(yīng)力相關(guān)的部分主要參考了美國規(guī)范。對于壓力管道設(shè)計，美國規(guī)范為ASMECodeforPressurePiping，B31系列。

內(nèi)容概要

管道應(yīng)力分析是壓力管道設(shè)計的重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到管道自身和與其相連的機器、設(shè)備、土建結(jié)構(gòu)的安全。本書從基本理論、標準規(guī)范和分析計算方法幾個方面對管道應(yīng)力分析進行了詳盡和全面的介紹。內(nèi)容包括管道應(yīng)力分析工作的任務(wù)和工作過程、管道應(yīng)力分析基礎(chǔ)知識、壓力作用下管道組成件的強度設(shè)計、管道允許跨距的計算、管道應(yīng)力分析的安全評定方法、管道的柔性設(shè)計、管道應(yīng)力分析中的特殊問題(夾套管和埋地管的分析、安全閥排氣反作用力的計算、水錘荷載的計算、高壓管道的應(yīng)力分析)、管道支吊架的設(shè)計選用原則、往復(fù)壓縮機管道的防振設(shè)計、各種管道振動問題、有限元法在管道應(yīng)力分析中的應(yīng)用、管道應(yīng)力分析程序介紹。    本書不但能夠?qū)κ汀⑹?、化工、電力、鋼鐵、市政等各行業(yè)的管道應(yīng)力工程師提供很大幫助，同時也可供配管和管道材料工程師參考。此外，本書還可供大專院校相關(guān)專業(yè)師生作為參考。

作者簡介

唐永進，1959年生。1982年本科畢業(yè)于西安交通大學(xué)應(yīng)用力學(xué)專業(yè)，獲得工學(xué)學(xué)士學(xué)位。1985～1991年在清華大學(xué)固體力學(xué)專業(yè)攻讀研究生，獲得工學(xué)碩士和工學(xué)博士學(xué)位。1994～1995年在奧地利因斯布魯克大學(xué)作訪問學(xué)者?，F(xiàn)任中國石化工程建設(shè)公司教授級高級工程師、專業(yè)副總工

書籍目錄

第一章  管道應(yīng)力分析工作的任務(wù)和工作過程  第一節(jié)  管道應(yīng)力分析工作的任務(wù)  第二節(jié)  管道應(yīng)力分析的工作過程  第三節(jié)  需要進行詳細應(yīng)力分析管道的確定方法第二章  管道應(yīng)力分析基礎(chǔ)知識  第一節(jié)  應(yīng)力、應(yīng)變及應(yīng)力狀態(tài)  第二節(jié)  材料的機械性能  第三節(jié)  強度理論  第四節(jié)  管道變形的基本形式第三章  壓力作用下管道組成件的強度設(shè)計  第一節(jié)  壓力作用下薄壁圓筒和厚壁圓筒中的應(yīng)力分布  第二節(jié)  壓力作用下直管壁厚的確定  第三節(jié)  彎管、彎頭和斜接彎管的壓力設(shè)計  第四節(jié)  焊接支管連接的補強第四章  管道允許跨距的計算  第一節(jié)  水平直管的允許跨距  第二節(jié)  一些特定布置情況下的管道允許跨距  第三節(jié)  管道最大導(dǎo)向間距的確定第五章  管道應(yīng)力分析的安全評定  第一節(jié)  管道應(yīng)力的校核準則  第二節(jié)  管道二次應(yīng)力校核準則的來源  第三節(jié)  應(yīng)力增大系數(shù)和柔性系數(shù)  第四節(jié)  壓力管道與壓力容器應(yīng)力分類及校核準則的比較  第五節(jié)  轉(zhuǎn)動機器的允許受力限制  第六節(jié)  靜設(shè)備的允許受力限制第六章  管道的柔性設(shè)計  第一節(jié)  管道柔性設(shè)計的目的和一般方法  第二節(jié)  金屬波紋管膨脹節(jié)的選用  第三節(jié)  冷緊及簡單管系對固定點的作用力  第四節(jié)  容器管口的柔性  第五節(jié)  轉(zhuǎn)動機器管道的柔性設(shè)計第七章  管道應(yīng)力分析中的特殊問題  第一節(jié)  夾套管的分析  第二節(jié)  埋地管的分析  第三節(jié)  安全閥排氣反作用力的計算  第四節(jié)  水錘荷載的計算  第五節(jié)  高壓管道的應(yīng)力分析第八章  管道支吊架的設(shè)計選用原則  第一節(jié)  支吊架的種類、作用及選用原則  第二節(jié)  彈簧支吊架的選用第九章  往復(fù)壓縮機管道的防振設(shè)計  第一節(jié)  往復(fù)壓縮機管道振動的原因及控制標準  第二節(jié)  往復(fù)壓縮機管道的防振設(shè)計方法第十章  管道振動分析  第一節(jié)  機械振動理論的基本概念及管道振動問題的處理方法  第二節(jié)  單自由度系統(tǒng)的振動  第三節(jié)  多自由度系統(tǒng)的振動第十一章  有限元法在管道應(yīng)力分析中的應(yīng)用  第一節(jié)  局部坐標系中的單元剛度矩陣及等效節(jié)點荷載列陣  第二節(jié)  整體坐標系中的單元剛度矩陣和等效節(jié)點荷載列陣  第三節(jié)  管系總體剛度矩陣和管系節(jié)點荷載列陣第十二章  管道應(yīng)力分析程序的應(yīng)用  第一節(jié)  管道應(yīng)力分析程序簡介  第二節(jié)  CAESARⅡ軟件的應(yīng)用附錄A  金屬材料的平均線膨脹系數(shù)附錄B  金屬材料的單位線膨脹系數(shù)附錄C  常用鋼管許用應(yīng)力附錄D  金屬材料的彈性模量附錄E  連續(xù)敷設(shè)管道的允許跨距附錄F  柔性系數(shù)和應(yīng)力增大系數(shù)附錄G  可變彈簧荷載位移選用表附錄H  恒力彈簧荷載位移系列參考文獻

章節(jié)摘錄

　　壓力、重力、風(fēng)、地震、壓力脈動、沖擊等外力荷載和熱膨脹的存在，是管道產(chǎn)生應(yīng)力問題的主要原因。其中，熱膨脹問題是管道應(yīng)力分析所要解決的最常見和最主要的問題。　　通俗來講，物體內(nèi)某一點的應(yīng)力，是指物體內(nèi)該點單位面積上的內(nèi)力。應(yīng)力分析的直接理解，應(yīng)該是通過計算得到物體內(nèi)的應(yīng)力分布和數(shù)值。然而，通常所說的管道應(yīng)力分析工作不僅僅是簡單計算一下管道的應(yīng)力，它是一個擴展的概念。管道應(yīng)力分析的任務(wù)，實際上是指對管道進行包括應(yīng)力計算在內(nèi)的力學(xué)分析，并使分析結(jié)果滿足標準規(guī)范的要求，從而保證管道自身和與其相連的機器、設(shè)備以及土建結(jié)構(gòu)的安全?！　∫话銇碇v，管道應(yīng)力分析可以劃分為靜力分析和動力分析兩部分。靜力分析是指在靜力荷載的作用下對管道進行力學(xué)分析，并進行相應(yīng)的安全評定，使之滿足標準規(guī)范的要求。動力分析則主要指往復(fù)壓縮機和往復(fù)泵管道的振動分析、管道的地震分析、水錘和沖擊荷載作用下管道的振動分析，其目的是使地震和振動的影響得到有效控制。為便于工程應(yīng)用，相當一部分動力分析采用等效靜力法進行。　　1.管道靜力分析的任務(wù)　　管道靜力分析需要完成下列任務(wù)：　　1）計算管道中的應(yīng)力并使之滿足標準規(guī)范的要求，保證管道自身的安全（包括防止法蘭泄漏）；2）計算管道對與其相連的機器、設(shè)備的作用力，并使之滿足標準規(guī)范的要求，保證機器、設(shè)備的安全；3）計算管道對支吊架和土建結(jié)構(gòu)的作用力，為支吊架和土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供依據(jù)，保證支吊架和土建結(jié)構(gòu)的安全；4）計算管道位移，防止位移過大造成支架脫落或管道碰撞，并為彈簧支吊架的選用提供依據(jù)。5）埋地管的穩(wěn)定性計算，避免管道失穩(wěn)?！　?.管道動力分析的任務(wù)管道動力分析需要完成下列任務(wù)：1）管道的地震分析，防止管道在地震中發(fā)生破壞；2）往復(fù)壓縮　　機和往復(fù)泵管道的固有頻率和振型分析，防止管道系統(tǒng)發(fā)生機械共振；3）往復(fù)壓縮機和往復(fù)泵管道的強迫振動分析，控制管道的振動應(yīng)力，防止管道因振動發(fā)生疲勞破壞；

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