CAESARⅡ軟件在管道應(yīng)力具體分析中的應(yīng)用

摘 要：在化工行業(yè)中，由于輸送的需要，鋪設(shè)很多的輸送管路是必要的，因此管路的安全穩(wěn)定就顯得非常重要。CAESARⅡ軟件作為專業(yè)的管道應(yīng)力分析的軟件在實(shí)際的使用過程中有三個主要特點(diǎn)。第一個是它的經(jīng)濟(jì)性好；第二個是它在計(jì)算管道應(yīng)力過程中非?？旖?；第三個是這款軟件非常的高效。正是由于上述的三個優(yōu)點(diǎn)，CAESARⅡ軟件在管道設(shè)計(jì)過程中非常受歡迎。文章主要針對CAESARⅡ軟件在管道應(yīng)力中的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的分析以及論述，希望通過文章的論述以及分析能夠有效地提升CAESARⅡ軟件在化工行業(yè)管道應(yīng)力計(jì)算的效率；同時也為我國化工行業(yè)的管道建設(shè)貢獻(xiàn)自己的力量。

關(guān)鍵詞：CAESARⅡ軟件；管道應(yīng)力；分析；應(yīng)用

在管道應(yīng)力的設(shè)計(jì)分析過程中，輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)CAESARⅡ軟件能夠直接進(jìn)行相關(guān)的圖像輸出并且顯示相應(yīng)的計(jì)算分析結(jié)果，這樣就能夠幫助管道設(shè)計(jì)人員更具體的進(jìn)行分析，CAESARⅡ軟件還能夠進(jìn)行動態(tài)圖像的形成。在我國的化工行業(yè)以及燃?xì)庑袠I(yè)都有非常廣泛的應(yīng)用，CAESARⅡ軟件能夠有效的幫助管道設(shè)計(jì)提升設(shè)計(jì)精度，保障設(shè)計(jì)出的管道達(dá)到工程的要求。

1 CAESARⅡ軟件在管道應(yīng)用分析中的具體內(nèi)容

我國進(jìn)行管道應(yīng)力分析的CAESARⅡ軟件最開始是從美國的一家科技公司引進(jìn)的。由于是美國的公司研發(fā)的，因此現(xiàn)在的應(yīng)力分析在進(jìn)行工作的過程中使用了美國標(biāo)準(zhǔn)。整套軟件結(jié)合了三種主要的力學(xué)知識。第一種是材料力學(xué)；第二種是結(jié)構(gòu)力學(xué)；第三種是有限元分析。通過對上述三種力學(xué)知識的綜合，進(jìn)而研發(fā)了現(xiàn)在的CAESARⅡ軟件。在我國化工行業(yè)中，對于CAESARⅡ軟件應(yīng)用最多的有兩種計(jì)算。第一種是進(jìn)行管道應(yīng)力的具體分析；第二種是進(jìn)行設(shè)備管口的載荷分析和驗(yàn)算。管道的應(yīng)力分析主要又包含了兩種應(yīng)力的分析。第一種是靜應(yīng)力的分析；第二種是動應(yīng)力的分析。靜應(yīng)力的分析主要是對管道承受的壓力以及連續(xù)外部載荷的一種平均應(yīng)力分析；化工設(shè)備；支架以及相應(yīng)的法蘭對于管道施加的應(yīng)力。動應(yīng)力的力學(xué)分析則是分析管道受力后的震動相應(yīng)以及管道自身的自振頻率力學(xué)分析等。靜應(yīng)力的力學(xué)計(jì)算結(jié)果包含了三個內(nèi)容。第一個是管道上的每一個對應(yīng)點(diǎn)之間的力學(xué)分析；第二個是管道的各個受到約束的點(diǎn)之間的力學(xué)分析；第三個是管道的各個受力點(diǎn)之間的位移分析。在化工行業(yè)中，對于管道的各種應(yīng)力分析主要是能夠有效的保障管道以及管件承受的力在技術(shù)允許的范圍內(nèi)，不要超出了允許范圍出現(xiàn)運(yùn)行問題；同時靜應(yīng)力的力學(xué)分析還能夠在技術(shù)上符合相應(yīng)的國家或者國際標(biāo)準(zhǔn)，讓管道之間的各個接口達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。管道上的各個受到約束的重點(diǎn)受力點(diǎn)載荷通過應(yīng)力分析能夠更加精確的得出。通過管道的應(yīng)力計(jì)算能夠有效的得知管道的管口位移范圍，這樣能夠在設(shè)計(jì)過程中對管道的設(shè)計(jì)更加優(yōu)化。

管道的應(yīng)力分析根據(jù)應(yīng)力的性質(zhì)的不同可以分為三種形式的應(yīng)力分析。第一種是一次應(yīng)力分析；第二種是二次應(yīng)力分析；第三種是峰值應(yīng)力分析。一次應(yīng)力主要包括了管道的內(nèi)部壓力；管道的設(shè)備自身重量以及管道外部載荷施加在管道上的應(yīng)力等；二次應(yīng)力包括了管道受到外界壓力載荷出現(xiàn)的變形受阻正應(yīng)力和相應(yīng)產(chǎn)生的剪切應(yīng)力；峰值應(yīng)力主要包括了在管道工作過程中外界施加的不連續(xù)的載荷產(chǎn)生的集中應(yīng)力，這些集中應(yīng)力再次附加在一次應(yīng)力或者二次應(yīng)力之上的總和稱之為峰值應(yīng)力。CAESARⅡ軟件在計(jì)算過程中的工作狀態(tài)應(yīng)力主要有六種應(yīng)力組成。第一種是重力；第二種是壓力；第三種是平均載荷；第四種是集中載荷；第五種是管道端點(diǎn)的相對位移；第六種是由于外界溫度變化造成的應(yīng)力。上述六種應(yīng)力的組合體在CAESARⅡ軟件計(jì)算的過程中稱為工作狀態(tài)的應(yīng)力分析。CAESARⅡ軟件計(jì)算過程中的安裝狀態(tài)應(yīng)力分析主要是由重力以及相應(yīng)的外界壓力組成的。在CAESARⅡ軟件計(jì)算的過程中工作狀態(tài)的應(yīng)力計(jì)算值和安裝狀態(tài)的應(yīng)力計(jì)算值之間的差值我們稱之為純熱狀態(tài)。在CAESARⅡ軟件軟件計(jì)算的過程中對于上述三種應(yīng)力狀態(tài)的力學(xué)分析是經(jīng)常提及和需要的。我們要根據(jù)管道的不同的工作形式來進(jìn)行相應(yīng)的一次應(yīng)力校核以及二次應(yīng)力校核。在一次應(yīng)力校核過程中，只有管道的應(yīng)力許用值不小于管道節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的時候，一次應(yīng)力校核才算是通過，一旦出現(xiàn)小于管道內(nèi)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的情況都屬于不合格的狀態(tài)。這個時候，可以根據(jù)相應(yīng)的最大應(yīng)力點(diǎn)找出相應(yīng)的不合格節(jié)點(diǎn)的具體位置；在二次應(yīng)力校核過程中，和一次應(yīng)力的校核基本一致，同樣要管道的應(yīng)力許用值不小于管道中的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力，一旦在二次校核的過程中相關(guān)數(shù)據(jù)超出了應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)允許范圍，就需要對管道的相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改。通常在設(shè)計(jì)過程中有三種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。第一種是將管道的布置方向進(jìn)行更改；第二種是對管道進(jìn)行一系列的應(yīng)力補(bǔ)償；第三種是在管道中應(yīng)用彈性吊架來改善管道的受力情況等。上述三種改善管道受力的方法，在設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)現(xiàn)場的具體情況和環(huán)境進(jìn)行區(qū)別選擇，。雖然方法不一樣，但是目的是統(tǒng)一的，就是要將管道的許用應(yīng)力控制在合理的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

2 CAESARⅡ軟件在管道應(yīng)力分析中的具體應(yīng)用

CAESARⅡ軟件在進(jìn)行管道力學(xué)分析的過程中需要進(jìn)行相應(yīng)模型的建立。在建模的過程中我們認(rèn)為管道的管口全部為固定的形式，但是這種情況下所得到的應(yīng)力分析是不準(zhǔn)確的，在一個絕對的條件下，得出的結(jié)果也是絕對的。但是在管道的實(shí)際應(yīng)用過程中會有位移的情況出現(xiàn)。管道的位移主要是由于管道的固定點(diǎn)離設(shè)備較遠(yuǎn)，設(shè)備的外在壓力會導(dǎo)致管道發(fā)生位移變形。因此在應(yīng)用CAESARⅡ軟件進(jìn)行管道力學(xué)分析時，應(yīng)該考慮相應(yīng)的管道位移問題。在考慮位移變形時，設(shè)備廠家可能會提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)讓我們進(jìn)行計(jì)算。但是廠家給出的數(shù)據(jù)并不能夠完全代表管道的位移變形量。例如管道出現(xiàn)了外界管路時，位移變形的性質(zhì)就發(fā)生轉(zhuǎn)變。需要重新建立相關(guān)的模型。

在對管道系統(tǒng)振動及應(yīng)力計(jì)算中需要建立有效的數(shù)學(xué)模型，依據(jù)有限元理論方法需要將要分析的管道建立若干個單元，按順序?qū)⒏黝悢?shù)據(jù)參數(shù)輸入各個單元。數(shù)據(jù)含有安裝溫度、材料牌號、許用應(yīng)力管道材質(zhì)密度等基本參數(shù)，管道元件形狀、外徑、內(nèi)徑、長度等管道元件參數(shù)，還包括管道系統(tǒng)載荷、端點(diǎn)類型、約束條件等邊界條件。往復(fù)型壓力管道容器在限制管子軸向垂直的四個方向的自由度時需要添加豎直的+Y方向自由度，并將管道系統(tǒng)承受的激蕩力作為集中載荷的受力點(diǎn)。軟件程序會自動地對所輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，對于所出現(xiàn)的非常嚴(yán)重的錯誤軟件程序會返回?cái)?shù)據(jù)輸入狀態(tài)，以此來保證數(shù)據(jù)輸入的可靠性。在管道的應(yīng)力分析中首先進(jìn)行的是靜力分析，軟件程序會對所輸入的各個單元的參數(shù)包括基本參數(shù)、管道元件參數(shù)、邊界條件進(jìn)行整合分析，判斷管道具有的安全性條件；其次對管道的振動參數(shù)進(jìn)行確定，包括激發(fā)力、激發(fā)頻率、載荷循環(huán)次數(shù)等參數(shù)，參數(shù)有的需要設(shè)定也有的需要計(jì)算。

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