一、管道应力分析基本理论
1、什么是管道应力分析
- 管道里的应力计算；
考虑各种载荷综合作用下管道设计是否满足规范应力要求 :
《工业金属管道设计规范》GB 50316-2000（2008版）
《输油管道工程设计规范》GB 50253-2014
《油气输送管道穿越工程设计规范》GB 50423-2013
《输气管道工程设计规范》GB 50251-2015
- 管口和支吊架受力分析；
支吊架选型、膨胀节选型、设备管口受力分析
- 是一个管道系统的整体分析。
2、 载荷种类
1）持续载荷Deadweight load
这类载荷由力驱动（Force driven，例如重量、压力弹簧预紧力、冰雪、外加载荷等）并且满足胡克定律。
- 持续载荷的特征是伴随结构的变化而不变化，如重量W、压力P等。
- 满足静力平衡条件，一旦平衡打破，材料发生不可逆转的屈服变形，最终导致屈服失效。
- 危害最为严重，失效形式为由屈服变形、脆性断裂引发的整体垮塌。
2）热膨胀载荷Thermal loads
由温差、初始位移引发，其特征是自限性，伴随结构的变形而减少甚至消失未被吸收的变形则体现为结构的局部屈服及二次应力。
- 由位移驱动。
- 热膨胀载荷与疲劳密切相关。
- 热膨胀载荷和管道长度无关。
(每单位长度的伸长或缩短称为线应变，用表示。) （胡可定律：其单位伸长（或缩减）量（应变）在常系数E（称为弹性模量）下，与拉（或压）应力 σ 成正比例）
3）偶然载荷Live loads
类似于垮塌性载荷，不持续发生，偶尔会发生作用，例如风、雪、地震、波浪等。
3、管道的主要失效形式
- 破裂——由于压力导致
- 垮塌——由于过载导致
- 腐蚀破坏——材料的选择
- 疲劳破坏——加载次数（目前最常见的失效效形式：热膨胀、震动、热冷启动）
- 碰撞——大变形导致
- 泵或法兰的过载——管口连接破坏、法兰泄漏
4、 应力的概念
1）取管道截面上一无限小的微元进行研究，每个微元上均有正应力和剪切应力。
外载荷等于内部应力，控制外载荷产生应力小于不等于管子允许的最大的应力，管子就安全（强度理论）
2）力学模型——3D梁单元
3）管道的应力
- 规范应力
- 一次应力 Sustain Stress 持续性载荷在管道轴向产生的应力。重力、内压、摩擦力等
- 二次应力 Expansion Stress 自限性（热胀）载荷在管道轴向产生的应力。温度产生热胀冷缩，弯矩产生的应力等
- 偶然应力 Occasional Stress 偶然载荷在管道轴向产生的应力。一般是加到一次应力中计算。
规范定义的应力不同于真实的应力，一般根据载荷进行分类。
