【正文】 。（ 2）隨著管內(nèi)溫度增加，由于有約束存在，管壁的應(yīng)力水平也會加大，但當(dāng)達到一定程度時，如材料屈服，由溫差產(chǎn)生的應(yīng)力會逐漸降下來，這種性質(zhì)成為應(yīng)力具有自限性。? 管子重量在水平布置的接管中產(chǎn)生類似于梁的變形，而在豎直布置的接管中產(chǎn)生壓應(yīng)力，困難造成失穩(wěn)破壞。? 對于厚壁管，還會產(chǎn)生沿半徑方向的載荷。 ? 管道所承受的載荷復(fù)雜? 作用于管道的載荷有：? （ 1）管內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的壓力? 介質(zhì)產(chǎn)生的壓力主要在管子中產(chǎn)生環(huán)向的使管子直徑增大或縮小的變形，這也是管子本身發(fā)生破裂的主要影響因素。? 因此，壓力管道一旦發(fā)生安全事故，都會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失和人員的傷亡，這些在國內(nèi)外都一有了大量的經(jīng)驗和教訓(xùn)。? 因此，管道設(shè)計是工業(yè)生產(chǎn)裝置不可缺少的重要組成部分，我們必須給予高度的重視。第二章壓力管道強度及應(yīng)力分析楊玉芬一、壓力管道應(yīng)力分析的目的和意義? 壓力管道的安全運行意義重大? 一套完整的工藝裝置，只有通過管道按照流程需要將工藝過程所必須的各種機械裝備加以連接才能進行正常的生產(chǎn)。 ? 另外，工藝裝置能否長期安全生產(chǎn)和具有足夠的使用壽命也與管道設(shè)計的好壞密切相關(guān)。? 我們所討論的壓力管道是指 《 壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定 》 限定范圍內(nèi)的管道，管道中通常都是高溫（或超低溫）、高壓、易燃、易爆、有毒等危險性較大的介質(zhì)。? 保障壓力管道的安全運行，首先要通過合理的設(shè)計保障管道的強度。? 同時，介質(zhì)的壓力在遠端軸向還會在管子中產(chǎn)生軸向拉（壓）應(yīng)力而引起某些附加載荷。? （ 2）管子重量（自身、介質(zhì)、保溫層）? 高壓、大直徑鋼管的重量（自身、介質(zhì)、保溫層）不容忽視。? （ 3）零部件的重量? （ 4）支吊架產(chǎn)生的支反力? （ 5）風(fēng)力、地震產(chǎn)生的載荷? （ 6）管道溫度變化所產(chǎn)生的溫差應(yīng)力? （ 7）管道安裝所產(chǎn)生的約束力? （ 8）設(shè)備的變形或位移在管道上產(chǎn)生的附加載荷? （ 9）此外，還有介質(zhì)在管內(nèi)的流動所引起的各種動載荷不同性質(zhì)的載荷對管道安全的影響有很大差別例如：（ 1）隨著管內(nèi)介質(zhì)壓力的增加，管壁的應(yīng)力水平會不斷加大，直至破壞，這種狀態(tài)稱為應(yīng)力沒有自限性。 不同性質(zhì)的載荷，在管道中所產(chǎn)生的應(yīng)力對管道安全的影響不同，因此，要根據(jù)不同類型的載荷采用不同的強度條件，才能在保障安全的前提下，盡可能的提高管道運行的經(jīng)濟性。壓力管道應(yīng)力分析的目的 壓力管道的設(shè)計 應(yīng) 能夠適應(yīng)介質(zhì)的壓力、溫度和介質(zhì)的操作條件，設(shè)計的核心問題是研究壓力管道在外載荷作用下，有效地抵抗變形和破壞的能力，即處理強度、剛度和穩(wěn)定性問題，保證壓力管道的 安全性和經(jīng)濟性。二、壓力管道應(yīng)力分析? 載荷的分類? （ 1）根據(jù)作用時間分：? 持續(xù)載荷? 介質(zhì)壓力、重量、支反力、熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力等? 瞬間載荷? 臨時作用于管道的載荷，? 風(fēng)載荷、地震載荷等? （ 2）根據(jù)作用性質(zhì)分：? 靜載荷? 緩慢、毫無振動的、使管道不產(chǎn)生顯著運動的載荷? 動載荷? 管道振動、壓力沖擊、風(fēng)，地震載荷等? （ 3）載荷的自限性? 自限性載荷是指由于結(jié)構(gòu)變形 協(xié)調(diào)過程中 所產(chǎn)生的載荷，例如：設(shè)備接管處。? 應(yīng)力分類? （ 1）應(yīng)力的概念及管道的破壞? 應(yīng)力的基本定義是指構(gòu)件單位面積上所承受的 內(nèi)力? 一般來說，應(yīng)力的值隨外載荷增大而增大，而各種材料對應(yīng)力的承受能力有一個極限，稱為強度極限，當(dāng)應(yīng)力的值達到或超過材料的極限時，材料就可能發(fā)生諸如過度變形、開裂、斷裂、失穩(wěn)等現(xiàn)象，稱為失效或破壞。? 這種作用又取決于下列兩個因素：? A、應(yīng)力產(chǎn)生的原因? 即應(yīng)力是外載荷直接產(chǎn)生的還是在變形協(xié)調(diào)過程中產(chǎn)生的? 外載荷是機械載荷還是熱載荷；? B、應(yīng)力的作用區(qū)域和分布形式? 即應(yīng)力的作用是總體范圍還是局部范圍的? 沿厚度的分布是均勻的還是線性的或非線性的。? 1）一次應(yīng)力（ P）? 一次應(yīng)力是指平衡外加機械載荷所必須的應(yīng)力。? 如：管道介質(zhì)壓力、支反力、集中載荷等。? 一次應(yīng)力還可分為以下三種 :? a．一次總體薄膜應(yīng)力 Pm? 一次總體薄膜應(yīng)力是指沿厚度方向均勻分布的應(yīng)力，等于沿厚度方向的應(yīng)力平均值。? b．一次彎曲應(yīng)力 Pb? 一次彎曲應(yīng)力是指沿厚度線性分布的應(yīng)力。? 這種應(yīng)力在達到屈服極限時，只是表面屈服，如果繼續(xù)增加載荷，則屈服加深，直至最后破壞，因此其破壞時的應(yīng)力大于一次總體薄膜應(yīng)力。? c．一次局部薄膜應(yīng)力（ Pl）? 一次局部薄膜應(yīng)力是在結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)由內(nèi)壓或其他機械載荷產(chǎn)的薄膜應(yīng)力和結(jié)構(gòu)不連續(xù)效應(yīng)產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力統(tǒng)稱為一次局部薄膜應(yīng)力。? 2）二次應(yīng)力 (Q)? 二次應(yīng)力是指由相鄰部件的約束或結(jié)構(gòu)的自身約束所引起的應(yīng)力。? 一般壓力管道上所產(chǎn)生的二次應(yīng)力，主要是考慮由于熱脹冷縮以及位移受到約束所產(chǎn)生的應(yīng)力。? 二次應(yīng)力的特點是自限性 。? 承壓管道中的應(yīng)力分布? （ 1）管壁中的應(yīng)力狀態(tài)? 在承受內(nèi)（外）壓力作用的管道器壁中，由于管道幾何形狀的軸對稱性質(zhì)，可能產(chǎn)生的主應(yīng)力有 σ θ 、 σ z 、 σ r 。? 反之稱為厚壁管，應(yīng)力分布為三向應(yīng)力狀態(tài)或平面應(yīng)變狀態(tài)。? 失效準(zhǔn)則? 失效準(zhǔn)則是指在判斷構(gòu)件是否失效時所應(yīng)用的最高應(yīng)力限制，通常的表達式為：? σ max ≤[σ]? 該式也稱為強度條件? （ 1）一次應(yīng)力的強度條件? 對于一次應(yīng)力，根據(jù)極限載荷準(zhǔn)則來規(guī)定其許用應(yīng)力值，這是一個防止結(jié)構(gòu)過度變形的準(zhǔn)則。? 強度條件為，最大當(dāng)量應(yīng)力不超過材料在工作溫度下的基本許用應(yīng)力? σ zhl ≤[σ] t ? 該公式的含義為 ：? 當(dāng)以環(huán)向應(yīng)力作為最大應(yīng)力進行強度設(shè)計后，還應(yīng)校核與環(huán)向應(yīng)力垂直方向上的軸向應(yīng)力是否滿足要求，因軸向應(yīng)力復(fù)雜。? 對這類應(yīng)力限定，并不是限定一個時期的應(yīng)力水平，而是控制其交變循環(huán)次數(shù)? 強度條件為：? 內(nèi)壓和持續(xù)外載荷產(chǎn)生的一次、二次 應(yīng)力σ e：? σ e ? f ([σ] + [σ] t )? 單獨計算熱脹二次 應(yīng)力 σ e ：?