《工学管道设计》ppt课件

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1、1234D=0.0188W/vρi05例：如果有现成的经济数据，进行优化计算得到经济流速：6725LP10f2gDi825LeP10k2gDi25P10kk2g910实际的管系中，管道的转弯处均采用煨制弯管或焊接弯头，而不采用直角弯。这些弯管或弯头与直管相比较，其刚度降低，柔度增高。从而管系的热应力由于柔度的增高而降低。而弯管或焊接弯头在弯矩的作用下，其局部应力却有所增加。11管系的几何形状：直线管道、平面管系和立体管系。平面管系和立体管系，即便两端固定，当温度变化时，整个管系还

2、是可以发生变形的。这时管系两端支座处将受到支座反力和力矩的作用，但管系中的热应力将比相似条件下直线管道中的热应力小得多。——平面管系和立体管系由于几何形状的原因比直线管系有更大的柔性。立体管系有更大的柔性，比相似条件下的平面管系中的热应力更小。因此在管道工程中，均避免采用直线管路，而采用有多处转角的立体管系或平面管系。12管内介质产生的压力p均布载荷管子质量mg支架反力Rx,Ry,Rz集中载荷管件质量风载荷和地震载荷热载荷安装残余应力管道相对移位造成的位移载荷meg管道振动载荷或液击产生的冲击载荷RymgpRx13振

3、动载荷动载荷液击产生的冲击载荷地震载荷随时间迅速变化自限性载荷热载荷由于结构变形受约束而位移载荷产生的载荷。塑性良好时，初次施加自限性载静载荷荷不会直接导致破坏。随时间不变或变化缓慢支吊架反力非自限性载荷介质内压即外力载荷，超过一定管道自重的限度会直接导致破坏。14管道在压力、持续外载及热载荷等作用下，在整个管路或局部区域产生不同性质的应力。根据破坏作用不同，管道应力可分为：p一次应力p二次应力p峰值应力15外载荷作用在管道内部产生的应力,满足力与力矩平衡。基本特征:非自限性随载荷增加而增加，超过屈服极限将发生过度变

4、形而破坏。p一次总体薄膜应力p一次弯曲应力p一次局部薄膜应力16•遍布于整个管道的基本应力。•在管道截面上是均匀分布的•这种应力达到屈服极限时，将引起管道截面整体屈服，不出现载荷的再分配。例如：p由于内压引起的管道环向应力和轴向应力p管道受拉伸(压缩)所产生的应力17p也分布在管道的很大区域内p在管道截面上沿厚度变化，呈线性分布。p这种应力达到屈服极限时，只局部屈服，如果继续增加载荷，应力在管道截面的分布将重新调整。p因此一次弯曲应力允许比总体薄膜应力具有较高的许用应力。p一般是由机械载荷或压力载荷引起的。18p在局

5、部范围内，由于压力或机械载荷引起的薄膜应力。p这种应力达到屈服极限时，也只引起局部屈服，塑性应变仍然受到周围弹性材料的约束，所以部分屈服是允许的。例如p在管道支架处或管道接管连接处由于外载产生的薄膜应力。19由于变形受约束而产生。不直接与外力平衡。特点:自限性，当局部范围材料屈服或小变形时，相邻部分的约束便得到缓和，变形趋向协调,不再继续发展，应力自动地限制在一定的范围内。例如：20p由于载荷或结构局部突变而引起的局部应力集中的最高应力值p特征是结构不产生显著变形，它是疲劳破坏和脆性断裂的根源。如，小的弯曲半径处，焊

6、缝咬边处等的应力21一次应力安全性判据是：[][]tL极限载荷法认为：在某结构截面上一旦发生屈服，该结构便达到极限状态，不能再承受任何附加载荷，结构在极限状态下承受的外载荷称之为极限载荷。这是一个防止结构过度变形的准则。一次弯曲应力和一次局部薄膜应力可以比一次总体薄膜应力有较高的许用应力值。设计温度下基本许用应力tttσmin{σ/3,σ/1.5}bs22σcmin{σb/3,σs/1.5}cσhmin{σb/3,σs/1.5}ht[](1.25[]1.25[][])fchLt[

7、](1.25[]0.25[])f23chN70001.07000N140000.914000N220000.822000N450000.745000N1000000.6100000N2000000.5200000N7000000.4700000N20000000.324管道承受内压p产生的应力，是一次薄膜应力。图中单元体各面外法线方向是主应力方向（无剪切力）。rpz2pDizrz4(Di)按强度理论转化成有效应力：pDi第一强度理论：e

8、[]2第二强度理论：e(zr)[]p/2r第三强度理论：[]er122225第四强度理论：[()()()][]e2zzrr强度理论第一强度理论（最大拉应力理论）：R1[(σσ)2τ2认为最大拉应力是引起破裂的主要原因2xyxyσ1[σ]x1(σσ)