壓力管道應(yīng)力分析

前言

　　為了保障壓力管道運(yùn)行安全、保護(hù)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，勞動(dòng)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(qiáng)對(duì)壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)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(jì)質(zhì)量，國(guó)家質(zhì)量檢驗(yàn)檢疫總局制定了《壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)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(jì)的單位，必須具有相應(yīng)級(jí)別的設(shè)計(jì)資格，取得《壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可證》。對(duì)于壓力管道的設(shè)計(jì)，取得許可證的條件之一，就是從事壓力管道設(shè)計(jì)的批準(zhǔn)（或?qū)彾ǎ┤藛T、審核人員，必須經(jīng)過(guò)規(guī)定的培訓(xùn)，考試合格，并取得相應(yīng)資格的《設(shè)計(jì)審批員資格證書(shū)》。設(shè)計(jì)單位取得壓力管道的設(shè)計(jì)許可證，除必須具備規(guī)定數(shù)量的審批人員外，設(shè)計(jì)、校核人員也必須通過(guò)相應(yīng)的考試。自1998年起，本書(shū)作者作為考核人員參加了中國(guó)石化集團(tuán)公司的壓力管道設(shè)計(jì)單位資格認(rèn)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(zhuān)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(dòng)中，作者深感管道應(yīng)力分析人員的水平在理論和實(shí)踐兩個(gè)方面都有待進(jìn)一步提高。另外，國(guó)內(nèi)的管道應(yīng)力分析參考書(shū)均編寫(xiě)于20世紀(jì)80年代初，在某些方面已跟不上技術(shù)的最新進(jìn)展，有些文獻(xiàn)在內(nèi)容上還存在一些較為嚴(yán)重的錯(cuò)誤，容易給讀者以誤導(dǎo)。基于上述原因，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(jìn)一步匯集了國(guó)內(nèi)外管道應(yīng)力分析方面的最新進(jìn)展，并結(jié)合作者多年管道應(yīng)力分析工作經(jīng)驗(yàn)編成本書(shū)，以求對(duì)管道應(yīng)力分析人員有所幫助?！　毫艿涝O(shè)計(jì)分為三個(gè)專(zhuān)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(jī)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(jì)中受到越來(lái)越多的重視。與國(guó)外相比，我國(guó)的管道應(yīng)力分析工作開(kāi)展較晚，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50316《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》中，與管道應(yīng)力相關(guān)的部分主要參考了美國(guó)規(guī)范。對(duì)于壓力管道設(shè)計(jì)，美國(guó)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(jì)的重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到管道自身和與其相連的機(jī)器、設(shè)備、土建結(jié)構(gòu)的安全。本書(shū)從基本理論、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和分析計(jì)算方法幾個(gè)方面對(duì)管道應(yīng)力分析進(jìn)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(guò)程、管道應(yīng)力分析基礎(chǔ)知識(shí)、壓力作用下管道組成件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、管道允許跨距的計(jì)算、管道應(yīng)力分析的安全評(píng)定方法、管道的柔性設(shè)計(jì)、管道應(yīng)力分析中的特殊問(wèn)題(夾套管和埋地管的分析、安全閥排氣反作用力的計(jì)算、水錘荷載的計(jì)算、高壓管道的應(yīng)力分析)、管道支吊架的設(shè)計(jì)選用原則、往復(fù)壓縮機(jī)管道的防振設(shè)計(jì)、各種管道振動(dòng)問(wèn)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(shū)不但能夠?qū)κ?、石化、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(shí)也可供配管和管道材料工程師參考。此外，本書(shū)還可供大專(zhuān)院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生作為參考。

作者簡(jiǎn)介

唐永進(jìn)，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(zhuān)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(zhuān)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(wèn)學(xué)者?，F(xiàn)任中國(guó)石化工程建設(shè)公司教授級(jí)高級(jí)工程師、專(zhuān)業(yè)副總工

書(shū)籍目錄

第一章  管道應(yīng)力分析工作的任務(wù)和工作過(guò)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(guò)程  第三節(jié)  需要進(jìn)行詳細(xì)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(shí)  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(jī)械性能  第三節(jié)  強(qiáng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)  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(jì)  第四節(jié)  焊接支管連接的補(bǔ)強(qiáng)第四章  管道允許跨距的計(jì)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(píng)定  第一節(jié)  管道應(yīng)力的校核準(zhǔn)則  第二節(jié)  管道二次應(yīng)力校核準(zhǔn)則的來(lái)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(lèi)及校核準(zhǔn)則的比較  第五節(jié)  轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)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(jì)  第一節(jié)  管道柔性設(shè)計(jì)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(jiǎn)單管系對(duì)固定點(diǎn)的作用力  第四節(jié)  容器管口的柔性  第五節(jié)  轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器管道的柔性設(shè)計(jì)第七章  管道應(yīng)力分析中的特殊問(wèn)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(jì)算  第四節(jié)  水錘荷載的計(jì)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(jì)選用原則  第一節(jié)  支吊架的種類(lèi)、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(jī)管道的防振設(shè)計(jì)  第一節(jié)  往復(fù)壓縮機(jī)管道振動(dòng)的原因及控制標(biāo)準(zhǔn)  第二節(jié)  往復(fù)壓縮機(jī)管道的防振設(shè)計(jì)方法第十章  管道振動(dòng)分析  第一節(jié)  機(jī)械振動(dòng)理論的基本概念及管道振動(dòng)問(wèn)題的處理方法  第二節(jié)  單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)  第三節(jié)  多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)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(biāo)系中的單元?jiǎng)偠染仃嚰暗刃Ч?jié)點(diǎn)荷載列陣  第二節(jié)  整體坐標(biāo)系中的單元?jiǎng)偠染仃嚭偷刃Ч?jié)點(diǎn)荷載列陣  第三節(jié)  管系總體剛度矩陣和管系節(jié)點(diǎn)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(jiǎn)介  第二節(jié)  CAESARⅡ軟件的應(yīng)用附錄A  金屬材料的平均線(xiàn)膨脹系數(shù)附錄B  金屬材料的單位線(xiàn)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(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　壓力、重力、風(fēng)、地震、壓力脈動(dòng)、沖擊等外力荷載和熱膨脹的存在，是管道產(chǎn)生應(yīng)力問(wèn)題的主要原因。其中，熱膨脹問(wèn)題是管道應(yīng)力分析所要解決的最常見(jiàn)和最主要的問(wèn)題?！　⊥ㄋ讈?lái)講，物體內(nèi)某一點(diǎn)的應(yīng)力，是指物體內(nèi)該點(diǎn)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(guò)計(jì)算得到物體內(nèi)的應(yīng)力分布和數(shù)值。然而，通常所說(shuō)的管道應(yīng)力分析工作不僅僅是簡(jiǎn)單計(jì)算一下管道的應(yīng)力，它是一個(gè)擴(kuò)展的概念。管道應(yīng)力分析的任務(wù)，實(shí)際上是指對(duì)管道進(jìn)行包括應(yīng)力計(jì)算在內(nèi)的力學(xué)分析，并使分析結(jié)果滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，從而保證管道自身和與其相連的機(jī)器、設(shè)備以及土建結(jié)構(gòu)的安全?！　∫话銇?lái)講，管道應(yīng)力分析可以劃分為靜力分析和動(dòng)力分析兩部分。靜力分析是指在靜力荷載的作用下對(duì)管道進(jìn)行力學(xué)分析，并進(jìn)行相應(yīng)的安全評(píng)定，使之滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。動(dòng)力分析則主要指往復(fù)壓縮機(jī)和往復(fù)泵管道的振動(dòng)分析、管道的地震分析、水錘和沖擊荷載作用下管道的振動(dòng)分析，其目的是使地震和振動(dòng)的影響得到有效控制。為便于工程應(yīng)用，相當(dāng)一部分動(dòng)力分析采用等效靜力法進(jìn)行?！　?.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(jì)算管道中的應(yīng)力并使之滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算管道對(duì)與其相連的機(jī)器、設(shè)備的作用力，并使之滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，保證機(jī)器、設(shè)備的安全；3）計(jì)算管道對(duì)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(jì)提供依據(jù)，保證支吊架和土建結(jié)構(gòu)的安全；4）計(jì)算管道位移，防止位移過(guò)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(jì)算，避免管道失穩(wěn)?！　?.管道動(dòng)力分析的任務(wù)管道動(dòng)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(jī)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(jī)械共振；3）往復(fù)壓縮機(jī)和往復(fù)泵管道的強(qiáng)迫振動(dòng)分析，控制管道的振動(dòng)應(yīng)力，防止管道因振動(dòng)發(fā)生疲勞破壞；

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