基于AutoPSA 的壓力管道定期檢驗應力分析

陳立鞍

鞍山市檢驗檢測認證中心 遼寧 鞍山 114004

引言

根據《壓力管道定期檢驗規則—工業管道》2.4.2.7的要求,如壓力管道存在無強度計算書,并且管道設計壁厚不小于管道設計外徑的六分之一或者設計壓力大于0.385倍的設計溫度下材料的許用應力；有較大變形、撓曲的；由管系應力引起密封結構泄露、破壞的；要求設置而未設置補償器或者補償器失效的；支吊架異常損壞的；結構不合理,并且已經發現嚴重缺陷的；壁厚存在嚴重全面減薄的均應進行應力分析。

1 管系輸入

在進行應力分析前,應將壓力管道各相關節點與特性輸入AutoPSA軟件中。首先,應對AutoPSA 應力分析所需的原始數據文件中的一些全局數據(例如輸入單位、輸出單位等)進行設置。如輸入單位、輸出單位、向上坐標軸、環境溫度、支吊架剛度方式、偶然荷載系數等參數進行設置。其次,應輸入AutoPSA 單元數據,如節點號、單元長度、管截面特性、節點約束、三通點、彈簧、位移、附加力和力矩、附加均布力、風、埋地、單元特性、應規總類、材料特性、介質特性等數據。最終,通過管系輸入形成AutoPSA單元數據分類列表,頁面以表格的形式集中顯示分類單元數據,如“所有單元”、“點的坐標”、“材料”、“彎頭彎管”、“剛性件”等數據。

2 靜態分析

首先,建立靜態載荷工況。根據所分析管道的實際情況,選擇程序中所推薦的相應工況狀態。如程序中無合適的工況狀態,可以自定義相應的載荷狀態。其次,定義風載荷。根據管道所在地歷年氣象數據,輸入自定義風載荷所需的風壓與高度或風速與高度。第三、定義波載荷。可以定義4種不同的波載曲線。可以定義水流載荷和波載荷,并把它們合并在一起,或者在分析不考慮其中的一個載荷而將其省略。第四、進行錯誤檢查。直至成功完成了管系前處理的錯誤檢查之后才能進行靜態分析。錯誤檢查完成以后,才能生成需要的分析數據文件。同樣,在分析中對輸入模型所作的修改,只有在修改后重新進行錯誤檢查才影響分析結果。如果輸入發生變化和沒有成功進行錯誤檢查,AutoPSA 不允許進行分析。最后、進行靜態分析,進而輸出靜態分析報告。

3 動態分析

AutoPSA 的動態功能包括固有頻率的計算、諧波分析、響應頻譜分析和時程分析。AutoPSA 的動態模塊能生成幾類動態載荷,例如,將隨時間變化的載荷轉化為響應頻譜。定義不同類型的動態影響提高了動態模型的正確性,使這種方法能解決更廣泛的動態問題。四種動態分析方法中的任一個——模態、諧波、譜和時間歷程都有它們自己生成結果的程序。然而,所有的這些分析都是以同樣的方式開始。一旦動態輸入被保存并進行檢查,AutoPSA 將進行一個類似于靜態分析的執行路徑。形成單元和系統剛度矩陣,在適合的地方建立載荷矢量。對于動態分析,也生成系統質量矩陣。從這一點來說,應根據選擇的分析類型來進行操作。

4 仿GLIF算法

AutoPSA 除了提供前面所述的仿CAESARII算法以外,還提供了仿GLIF算法。仿GLIF算法按固定的十個工況進行分析、按不同條件分別計算組合。下面以實際案例闡述仿GLIF算法的實際應用情況。

某單位能源管控中心發電分廠72#蒸汽管道,直徑為273毫米、壁厚為12毫米、材質為20G、設計壓力4.0兆帕、設計溫度400攝氏度,經檢驗發現壁厚存在嚴重全面減薄,按照《壓力管道定期檢驗規則—工業管道》2.4.2.7的規定,應進行應力分析。管系輸入后,如圖1所示。

圖1

經應力分析后,報告結論如下:

TOTAL MAX STRESS TABLE

No CASE START END IJ i f/k SSST-REC ST-REASS 1 1 10002 1 5 1.000 1.000 19.945 52.271 -ok-2 1 10039 17 5 1.000 1.000 28.400 52.271 -ok-1 3 10011 10012 6 1.200 1.000 71.534 239.252 -ok-2 3 3 100 0 2.097 1.000 118.091 239.252 -ok-

5 結束語

綜上所述,基于AutoPSA 軟件進行壓力管道定期檢驗應力分析的方法是可行的,在應力分析的諸多方法中又提供一種行之有效的手段,可以肯定在不久的將來AutoPSA 軟件會得到越來越廣泛的應用和更加深入的推廣。