CAESARⅡ軟件在管道應力具體分析中的應用

摘 要：在化工行業中，由于輸送的需要，鋪設很多的輸送管路是必要的，因此管路的安全穩定就顯得非常重要。CAESARⅡ軟件作為專業的管道應力分析的軟件在實際的使用過程中有三個主要特點。第一個是它的經濟性好；第二個是它在計算管道應力過程中非?？旖?；第三個是這款軟件非常的高效。正是由于上述的三個優點，CAESARⅡ軟件在管道設計過程中非常受歡迎。文章主要針對CAESARⅡ軟件在管道應力中的具體應用進行詳細的分析以及論述，希望通過文章的論述以及分析能夠有效地提升CAESARⅡ軟件在化工行業管道應力計算的效率；同時也為我國化工行業的管道建設貢獻自己的力量。

關鍵詞：CAESARⅡ軟件；管道應力；分析；應用

在管道應力的設計分析過程中，輸入相關的數據CAESARⅡ軟件能夠直接進行相關的圖像輸出并且顯示相應的計算分析結果，這樣就能夠幫助管道設計人員更具體的進行分析，CAESARⅡ軟件還能夠進行動態圖像的形成。在我國的化工行業以及燃氣行業都有非常廣泛的應用，CAESARⅡ軟件能夠有效的幫助管道設計提升設計精度，保障設計出的管道達到工程的要求。

1 CAESARⅡ軟件在管道應用分析中的具體內容

我國進行管道應力分析的CAESARⅡ軟件最開始是從美國的一家科技公司引進的。由于是美國的公司研發的，因此現在的應力分析在進行工作的過程中使用了美國標準。整套軟件結合了三種主要的力學知識。第一種是材料力學；第二種是結構力學；第三種是有限元分析。通過對上述三種力學知識的綜合，進而研發了現在的CAESARⅡ軟件。在我國化工行業中，對于CAESARⅡ軟件應用最多的有兩種計算。第一種是進行管道應力的具體分析；第二種是進行設備管口的載荷分析和驗算。管道的應力分析主要又包含了兩種應力的分析。第一種是靜應力的分析；第二種是動應力的分析。靜應力的分析主要是對管道承受的壓力以及連續外部載荷的一種平均應力分析；化工設備；支架以及相應的法蘭對于管道施加的應力。動應力的力學分析則是分析管道受力后的震動相應以及管道自身的自振頻率力學分析等。靜應力的力學計算結果包含了三個內容。第一個是管道上的每一個對應點之間的力學分析；第二個是管道的各個受到約束的點之間的力學分析；第三個是管道的各個受力點之間的位移分析。在化工行業中，對于管道的各種應力分析主要是能夠有效的保障管道以及管件承受的力在技術允許的范圍內，不要超出了允許范圍出現運行問題；同時靜應力的力學分析還能夠在技術上符合相應的國家或者國際標準，讓管道之間的各個接口達到相應的標準規范要求。管道上的各個受到約束的重點受力點載荷通過應力分析能夠更加精確的得出。通過管道的應力計算能夠有效的得知管道的管口位移范圍，這樣能夠在設計過程中對管道的設計更加優化。

管道的應力分析根據應力的性質的不同可以分為三種形式的應力分析。第一種是一次應力分析；第二種是二次應力分析；第三種是峰值應力分析。一次應力主要包括了管道的內部壓力；管道的設備自身重量以及管道外部載荷施加在管道上的應力等；二次應力包括了管道受到外界壓力載荷出現的變形受阻正應力和相應產生的剪切應力；峰值應力主要包括了在管道工作過程中外界施加的不連續的載荷產生的集中應力，這些集中應力再次附加在一次應力或者二次應力之上的總和稱之為峰值應力。CAESARⅡ軟件在計算過程中的工作狀態應力主要有六種應力組成。第一種是重力；第二種是壓力；第三種是平均載荷；第四種是集中載荷；第五種是管道端點的相對位移；第六種是由于外界溫度變化造成的應力。上述六種應力的組合體在CAESARⅡ軟件計算的過程中稱為工作狀態的應力分析。CAESARⅡ軟件計算過程中的安裝狀態應力分析主要是由重力以及相應的外界壓力組成的。在CAESARⅡ軟件計算的過程中工作狀態的應力計算值和安裝狀態的應力計算值之間的差值我們稱之為純熱狀態。在CAESARⅡ軟件軟件計算的過程中對于上述三種應力狀態的力學分析是經常提及和需要的。我們要根據管道的不同的工作形式來進行相應的一次應力校核以及二次應力校核。在一次應力校核過程中，只有管道的應力許用值不小于管道節點應力的時候，一次應力校核才算是通過，一旦出現小于管道內節點應力的情況都屬于不合格的狀態。這個時候，可以根據相應的最大應力點找出相應的不合格節點的具體位置；在二次應力校核過程中，和一次應力的校核基本一致，同樣要管道的應力許用值不小于管道中的節點應力，一旦在二次校核的過程中相關數據超出了應力的標準允許范圍，就需要對管道的相關設計進行更改。通常在設計過程中有三種優化設計方法。第一種是將管道的布置方向進行更改；第二種是對管道進行一系列的應力補償；第三種是在管道中應用彈性吊架來改善管道的受力情況等。上述三種改善管道受力的方法，在設計過程中要根據現場的具體情況和環境進行區別選擇，。雖然方法不一樣，但是目的是統一的，就是要將管道的許用應力控制在合理的標準范圍之內。

2 CAESARⅡ軟件在管道應力分析中的具體應用

CAESARⅡ軟件在進行管道力學分析的過程中需要進行相應模型的建立。在建模的過程中我們認為管道的管口全部為固定的形式，但是這種情況下所得到的應力分析是不準確的，在一個絕對的條件下，得出的結果也是絕對的。但是在管道的實際應用過程中會有位移的情況出現。管道的位移主要是由于管道的固定點離設備較遠，設備的外在壓力會導致管道發生位移變形。因此在應用CAESARⅡ軟件進行管道力學分析時，應該考慮相應的管道位移問題。在考慮位移變形時，設備廠家可能會提供相應的數據讓我們進行計算。但是廠家給出的數據并不能夠完全代表管道的位移變形量。例如管道出現了外界管路時，位移變形的性質就發生轉變。需要重新建立相關的模型。

在對管道系統振動及應力計算中需要建立有效的數學模型，依據有限元理論方法需要將要分析的管道建立若干個單元，按順序將各類數據參數輸入各個單元。數據含有安裝溫度、材料牌號、許用應力管道材質密度等基本參數，管道元件形狀、外徑、內徑、長度等管道元件參數，還包括管道系統載荷、端點類型、約束條件等邊界條件。往復型壓力管道容器在限制管子軸向垂直的四個方向的自由度時需要添加豎直的+Y方向自由度，并將管道系統承受的激蕩力作為集中載荷的受力點。軟件程序會自動地對所輸入的數據進行檢查，對于所出現的非常嚴重的錯誤軟件程序會返回數據輸入狀態，以此來保證數據輸入的可靠性。在管道的應力分析中首先進行的是靜力分析，軟件程序會對所輸入的各個單元的參數包括基本參數、管道元件參數、邊界條件進行整合分析，判斷管道具有的安全性條件；其次對管道的振動參數進行確定，包括激發力、激發頻率、載荷循環次數等參數，參數有的需要設定也有的需要計算。

參考文獻

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