关于压力管道的应力分析

关于压力管道的应力分析

【摘要】压力管道的应力问题在管道检验过程中都会涉及到的，由

于压力管道应力的分析和计算过程都要求相对高的技术，这对于检验技术

人员来说是很难完成的。因此，本文着重对压力管道应力分析的内容、应

力特征、应力分类以及校核准则进行了论述，以便于为分析人员提供了有

效的理论依据。

【关键词】压力管道应力分析一次应力二次应力

压力管道的应力影响着压力管道在安装后的安全使用，所以进行应力

分析是很有必要的，压力管道应力分析的内容相对较多，主要体现在以下

几个方面。

2压力管道应力分析的特征

压力管道在应力分析过程中还不够严谨，其中还存在着一些缺陷，其

主要原因是因为压力管道应力由历史根源所造成的校核准则存在不足，但

压力管道应力分析有着自身的特点，主要体现在以下几个方面：

(1)在压力管道的应力分析之中，没有考虑管道的薄膜应力和局部

弯曲应力，从而导致一次应力中没有对一次总体薄膜应力、一次局部薄膜

应力和一次弯曲应力进行细分；在一次应力校核准则中往往忽视了对一次

弯曲应力和一次局部薄膜应力进行校核，而只对一次总体薄膜应力进行了

校核。

(2)计算一次应力主要是为了避免管道在安装的时候承受不住压力

而塌下来。计算二次应力是为了防止管道在发生热变形之后是否会出现问

题，通过二次应力计算管道是否发生偏移、移位，并防止并排管道所产生

的相互影响。

(3)二次应力校核具有着自身的操作方式，最主要是针对其结构的

安定性，只需满足结构安定性条件，就可以避免压力管道产生低周疲劳。

(4)一次应力校核主要是校核压力管道的纵向应力，其最主要的特

点是不遵循剪应力理论，二次应力校核虽然遵循的是最大剪应力，但其计

算应力过程中不会计算管道轴向立，只考虑管道弯矩和扭矩的作用。

3压力管道的应力分类及校核准则

压力管道与压力容器有所不同，对于不同的管道根据管道自身的特点

都有着不同的校核准则，由于压力管道的应力分析主要侧重于对管系整体

的分析，而压力容器的应力分析主要是对局部进行详细的分析，两者在应

力分类的方法和校核准则上都存在着较大的差异。由于压力管道的应力分

析主要是对管系整体，而不是对局部进行详细的分析。由于结构整体存在

着复杂性，在进行应力分析分析的过程中需对压力管道的整体几何特征进

行简化，这样有利于计算，否则在应力分析中计算太过于复杂，将严重影

响到管道应力分析的结果。依目前情况来看，管道应力分析主要依据的标

准是ASMEB31系列。在ASMEB31系列对压力管道的应力分析中采用了薄

壁假设。

3.1.1?管道应力分析中的薄壁假设

对薄壁圆筒与厚壁圆筒的划分本文中以K=DO、Di=l.2为界，DO表示

为管道的外径，Di表示为管道的内经，在KW1.2的情况下为薄壁圆筒,

在K>1.2的情况下为厚壁圆筒。在薄壁圆筒应力分布上有以下几个方面的

理论假设：

在管壁很薄的情况下，应力沿壁厚均匀分布；对薄壁圆筒的分析中，

径向应力。r相对于环向应力。0与轴向应力。z来说是相较小的，可以

看作径向应力。厂0,将薄壁作为内压圆筒中的假设，在K=1.2的情况下,

计算误差大概在10%左右，在这个范围内是允许的。

3.1.2?压力管道应力分类

上述中所说压力管道的分析设计所遵循的是ASMEB31系列，它是针

对不同行业的标准所组成的，在我国有关压力管道的应力分析的标准基本

参考的是ASMEB31,本文为了方便起见，将工艺管道标准ASMEB31为例

进行分析。

在ASMEB31中，并没有直接提到一次应力与二次应力，但都是依据

一次应力与二次应力来进行应力校核的，在压力管道分析中，一次应力与

二次应力与压力容器应力分析设计中的定义几乎相同，所不同的是不细分

为以此弯曲应力、一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力，同时也没有峰

值应力所说。其主要是因为压力管道应力分析过程中所采用的薄壁假设不

需进行详细的局部应力分析的原因。

3.1.3?压力管道应力校核准则

在ASMEB31中压力管道应力校核准则有重力、压力、持续荷载在管

道中所产生的热态许应用力Sh应高于纵向应力SL,表示方式为Sh?SL；

由于二次应力的校核准则是由热膨胀、冷缩或端点位移所引起的许用值SA

应高于位移应力SE,其表示为SA?SE,计算方式为:

SA=$(1.25SC+0.25SH)

在以上公式中，$所表示为许用应力范围的减小系数，SC表示为冷态

许用应力。当热态许用应力Sh大于纵向应力SL时，两者之间的差值可加

入到上述公式中的0.25Sh上，其需用应力范围SA计算公式为：

SA=f[1.25(SC+Sh)-SI]

在ASMEB31.3中，其二次应力范围SE是不考虑轴向力作用的情况下

最大剪应理论的当量应力，其公式表示为：

SE=(Sb2+4St2)1/2

在公式中，Sb所表示管道在冷缩、热膨胀和端点移位的作用下由合成

弯矩所产生的应力。St表示管道在冷缩、热膨胀和端点移位的作用下由扭

矩所引起的应力。总之，在ASMEB31.3中所要求在二次应力范围SE计算

时应考虑压力管道在几何中不连续处所产生的集中应力，主要方法不是进

行局部分析，而是乘以应力增大系数。

4结语

总之，压力管道在应力分析过程中涉及到的内容很多，为了能够更好

的体现压力管道应力分析的目标，必须对压力管道的应力分析进行一次应

力与二次应力分析，然后再进行分类校核，只有只有才能消除压力管道在

应力分析过程中的复杂性，本文通过对压力管道应力的多方面分析，希望

可以为分析人员提供一些帮助。

参考文献

[1]唐永进.压力管道应力分析的内容与特点[M].北京