一種確定管道應(yīng)力計(jì)算模型邊界的新方法

楊志堅(jiān) 施少波

摘 ?要：文章提出了一種管道應(yīng)力計(jì)算模型邊界確定的新方法即三向線位移約束兩次即可作為計(jì)算邊界。對(duì)采用這種新方法計(jì)算的管道示例的應(yīng)力比值變化進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示其計(jì)算誤差滿足工程計(jì)算的要求。此方法為管道應(yīng)力計(jì)算模型邊界的確定及計(jì)算規(guī)模的簡(jiǎn)化提供了一種新思路。

關(guān)鍵詞：管道應(yīng)力;計(jì)算邊界;約束

中圖分類號(hào)：TQ050.2 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）15-0014-02

Abstract： This paper introduces a new method for determining the boundary of piping stress calculation model， that is， linear displacements in three directions are constrained twice can be used as the calculation boundary. The stress ratio of the piping before and after calculation with this new method is compared and the results show that the calculation meets the engineering requirements. This method provides a new method for determining the boundary of piping stress calculation model and simplifying the calculation scale.

Keywords： piping stress; computational boundary; constraints

引言

管道應(yīng)力計(jì)算邊界的確定關(guān)系到計(jì)算精度、計(jì)算耗時(shí)等，是管道應(yīng)力計(jì)算的基本問(wèn)題。

常規(guī)的管道應(yīng)力計(jì)算邊界分兩類：（1）管道在此處之后不再向后延伸，例如自由端和接設(shè)備點(diǎn);（2）管道遇到剛度足夠大的固定支架（支架剛度一般要大于管道剛度的10倍以上），由于管道在該處的三向線位移及角位移均被約束，故可做為應(yīng)力計(jì)算邊界。

實(shí)際工程項(xiàng)目中，往往只需計(jì)算某一個(gè)系統(tǒng)或者某一段管道的應(yīng)力，如果按既有規(guī)則進(jìn)行管道應(yīng)力邊界的劃分，往往由于所需計(jì)算的管道與設(shè)備之間距離過(guò)長(zhǎng)，管系附近無(wú)固定支架及自由端，管道計(jì)算邊界需要擴(kuò)展到與之相連的不需要詳細(xì)應(yīng)力計(jì)算的管系來(lái)滿足既有規(guī)則，導(dǎo)致計(jì)算模型過(guò)于龐大，造成不必要的人力物力消耗。

1 管道應(yīng)力計(jì)算模型邊界確定的新方法

本文提出了一種管道應(yīng)力計(jì)算邊界的新方法-三向線位移約束兩次即可作為計(jì)算邊界。具體如圖1所示：虛線以外屬于我們需要計(jì)算考慮的管道范圍，而虛線之內(nèi)4個(gè)GL支架（軸向?qū)蛑Ъ埽?，X方向約束2次，Y方向約束2次，Z向約束4次，滿足3向約束兩次這個(gè)條件，構(gòu)成一個(gè)總體的計(jì)算邊界（管道延伸區(qū)實(shí)線表示的管道不評(píng)定）。

2 實(shí)例驗(yàn)證

某高壓氮?dú)鉁p壓裝置，其材料采用022Cr19Ni10，介質(zhì)為氮?dú)?，設(shè)計(jì)溫度為100℃，設(shè)計(jì)壓力為16MPa。需對(duì)高壓氮?dú)鉁p壓裝置相關(guān)管線在承受自重、內(nèi)壓、溫度等載荷作用下的一、二次應(yīng)力進(jìn)行評(píng)定，滿足ASME B31.3-2014[1]規(guī)范的相關(guān)要求。

2.1 管道總體模型

由CADWORX三維建模軟件建立的總體模型如圖2所示，而我們關(guān)心的必須用管道應(yīng)力軟件進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算的部分如圖2圓圈中所示，詳見(jiàn)圖3。

2.2 管道簡(jiǎn)化模型

根據(jù)本文提出的管道應(yīng)力計(jì)算模型邊界確定的新方法：三向線位移約束兩次。原模型左右邊界分別有4個(gè)GL支架（軸向?qū)蛑Ъ埽?，滿足X、Y、Z三個(gè)方向分別約束兩次的要求，簡(jiǎn)化后的管道應(yīng)力模型如圖4所示。

2.3 應(yīng)力結(jié)果比較

對(duì)采用新方法前后的管道模型（圖2和圖4）運(yùn)用CAESAR II[2]軟件進(jìn)行計(jì)算，并從中選取需詳細(xì)評(píng)定的圖3模型中相同的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力結(jié)果比對(duì)，比對(duì)結(jié)果詳見(jiàn)表1，結(jié)果顯示兩種模型的相同節(jié)點(diǎn)不僅計(jì)算誤差極小，而且簡(jiǎn)化模型的一、二次應(yīng)力均略大于總體模型，結(jié)果相對(duì)保守，由此可見(jiàn)運(yùn)用新方法簡(jiǎn)化后的模型可應(yīng)用于實(shí)際工程。

3 結(jié)論

本文提出了一種管道應(yīng)力計(jì)算模型邊界確定的新方法即三向線位移約束兩次，并用管道實(shí)例對(duì)采用這種新方法計(jì)算前后的應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明可滿足工程要求。此方法為管道應(yīng)力計(jì)算模型邊界的確定及計(jì)算規(guī)模的簡(jiǎn)化提供了一種新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]ASME B31.3-2014， Process Piping， The American Society of Mechanical Engineers[S].

[2]CAESAR II User Manual，2017.