管道系统的应力类型(附PDF)

按照门外汉的语言管道应力分析是管道系统的应力分析。现在问题来了这些应力是什么?亚博竞彩群当载荷作用于管道系统并试图使其变形时，就会产生管道应力。由于惯性效应，管道系统将通过产生应力的内阻力来抵抗这种力。首先，我们需要知道产生这些压力的载荷。在管道系统中产生应力的载荷种类繁多，如下所示:

• 重量负荷:管道重量、流体重量、绝缘重量、阀门、执行器、法兰重量(刚性重量)、雪重量(降雪地区)、砂石重量(沙尘暴频繁发生地区);埋地管道用铁路和卡车砝码。
• 压力:内外设计压力、工作压力、水压试验压力。
• 温度变化:最高和最低温度范围，黑球温度，汽出温度条件。
• 偶尔的加载:塞塞力，浪涌力，振动，地震事件，高速风，安全阀弹出，沉降。

由于我们知道在管道系统中产生应力的载荷，让我们继续探索管道系统中的应力类型。

管道应力类型

在管道系统中会产生以下几种管道应力。

正常压力

正应力作用的方向与材料晶体结构的表面垂直。正应力可以是拉伸的，也可以是压缩的，并且可以施加在多个方向上，这取决于载荷的应用和类型。管道系统中存在三种类型的正应力。它们是:

• 纵向或轴向应力
• 环向或周向应力
• 径向压力。

管道系统中的轴向应力或纵向应力:

轴向应力或管道纵向应力是平行于管道中心轴的纵向轴的正应力。在管道系统中，纵向应力产生的原因有三种:

• 某种轴向力
• 内部设计压力
• 弯矩

参考图2，我们假设力F_斧头轴向作用于管道中。所以这个力会在管道金属S中产生轴向应力或纵向应力_l

因此，纵向应力S_l= F_斧头/一个_米．

在这里,一个_米管子的金属截面是否可以这样计算

轴向载荷F_斧头可以由于内部压力P而产生，P作用于管道内部区域A_我．所以在这种情况下，纵向力将由:

作为维_米总是大于d_我， P d_我²/ 4 d_米t < Pd_我²/ 4 d_我t = Pd_我/ 4 t

保守地说，纵向压力应力近似为

年代_l= Pd_o/ 4 t

同样，轴向载荷，Fax可以通过弯曲产生，由以下公式给出:

现在加上我们得到的所有上述分量的应力，

年代_l= F_斧头/一个_米+ Pd_o/ 4_t+ M_b/ Z

管道系统中的环向应力或周向应力:

作用于轴向或周向的法向应力称为环向应力。环应力是由内部压力引起的。

环向应力保守计算为

年代_H= Pd_o/ 2 t

从简化的压力应力方程可以看出，环向应力是纵向应力的两倍，因此是最重要的。

管材厚度一般是根据环向应力方程确定的。

管道系统中的径向应力:

径向应力是由内部压力引起的平行于管道半径的法向应力。管内表面内部设计压力与管外表面大气压力之间的变化情况如下图4所示。

现在如果我们比较，径向应力和纵向压力应力或环向应力我们会发现径向应力比这两种应力小很多倍。这就是管道系统径向应力在大多数时候被忽略的原因。

管道系统中的剪应力:

剪切应力以平行于材料晶体结构平面的方向作用。这种应力提供了一个平面相对于另一个平面的滑动趋势。剪切力可以由

• 作用在管道横截面上的剪切力或
• 扭转力矩或扭转力矩。

由于剪切力在管道系统中引起的剪切应力很小，因此忽略了这一点。然而，由扭转引起的剪应力是相当大的。

扭转引起的剪切应力由下式计算:

管道系统中的热应力或膨胀应力:

在管道系统中，当管道的自由热运动受到限制时，会产生热应力或膨胀应力。管道安装在环境温度或大气温度下，在运行过程中，它携带不同温度的流体。所以随着温度的变化，管子的长度也改变了。由于这种自由热运动受到支架或终端设备连接的限制，就产生了膨胀应力。

上图中由于温度变化ΔT，管子长度变化ΔL= α.ΔT。l

热应变= ΔL/L= α.ΔT

因此热应力=热应变X E= E.α.ΔT

管道应力类型按管道规范

根据管道规范，管道应力可分为三类。

• 持续的压力
• 膨胀应力和
• 偶尔的压力

持续应力是指存在于整个装置运行寿命中的应力。重量和压力被称为持续压力。

膨胀应力是由于安装到运行状态温度变化而产生的位移驱动的二次应力。

偶然性应力是指在管道系统中存在很短时间的应力。地震、浪涌、风、振动等引起的应力称为偶然应力。

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