CAESARⅡ软件在管道应力具体分析中的应用

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摘 要：在化工行业中，由于输送的需要，铺设很多的输送管路是必要的，因此管路的安全稳定就显得非常重要。caesarⅡ软件作为专业的管道应力分析的软件在实际的使用过程中有三个主要特点。第一个是它的经济性好；第二个是它在计算管道应力过程中非常快捷；第三个是这款软件非常的高效。正是由于上述的三个优点，CAESARⅡ软件在管道设计过程中非常受欢迎。文章主要针对CAESARⅡ软件在管道应力中的具体应用进行详细的分析以及论述，希望通过文章的论述以及分析能够有效地提升CAESARⅡ软件在化工行业管道应力计算的效率；同时也为我国化工行业的管道建设贡献自己的力量。

关键词：CAESARⅡ软件；管道应力；分析；应用

在管道应力的设计分析过程中，输入相关的数据CAESARⅡ软件能够直接进行相关的图像输出并且显示相应的计算分析结果，这样就能够帮助管道设计人员更具体的进行分析，CAESARⅡ软件还能够进行动态图像的形成。在我国的化工行业以及燃气行业都有非常广泛的应用，CAESARⅡ软件能够有效的帮助管道设计提升设计精度，保障设计出的管道达到工程的要求。

1 CAESARⅡ软件在管道应用分析中的具体内容

我国进行管道应力分析的CAESARⅡ软件最开始是从美国的一家科技公司引进的。由于是美国的公司研发的，因此现在的应力分析在进行工作的过程中使用了美国标准。整套软件结合了三种主要的力学知识。第一种是材料力学；第二种是结构力学；第三种是有限元分析。通过对上述三种力学知识的综合，进而研发了现在的CAESARⅡ软件。在我国化工行业中，对于CAESARⅡ软件应用最多的有两种计算。第一种是进行管道应力的具体分析；第二种是进行设备管口的载荷分析和验算。管道的应力分析主要又包含了两种应力的分析。第一种是静应力的分析；第二种是动应力的分析。静应力的分析主要是对管道承受的压力以及连续外部载荷的一种平均应力分析；化工设备；支架以及相应的法兰对于管道施加的应力。动应力的力学分析则是分析管道受力后的震动相应以及管道自身的自振频率力学分析等。静应力的力学计算结果包含了三个内容。第一个是管道上的每一个对应点之间的力学分析；第二个是管道的各个受到约束的点之间的力学分析；第三个是管道的各个受力点之间的位移分析。在化工行业中，对于管道的各种应力分析主要是能够有效的保障管道以及管件承受的力在技术允许的范围内，不要超出了允许范围出现运行问题；同时静应力的力学分析还能够在技术上符合相应的国家或者国际标准，让管道之间的各个接口达到相应的标准规范要求。管道上的各个受到约束的重点受力点载荷通过应力分析能够更加精确的得出。通过管道的应力计算能够有效的得知管道的管口位移范围，这样能够在设计过程中对管道的设计更加优化。

管道的应力分析根据应力的性质的不同可以分为三种形式的应力分析。第一种是一次应力分析；第二种是二次应力分析；第三种是峰值应力分析。一次应力主要包括了管道的内部压力；管道的设备自身重量以及管道外部载荷施加在管道上的应力等；二次应力包括了管道受到外界压力载荷出现的变形受阻正应力和相应产生的剪切应力；峰值应力主要包括了在管道工作过程中外界施加的不连续的载荷产生的集中应力，这些集中应力再次附加在一次应力或者二次应力之上的总和称之为峰值应力。CAESARⅡ软件在计算过程中的工作状态应力主要有六种应力组成。第一种是重力；第二种是压力；第三种是平均载荷；第四种是集中载荷；第五种是管道端点的相对位移；第六种是由于外界温度变化造成的应力。上述六种应力的组合体在CAESARⅡ软件计算的过程中称为工作状态的应力分析。CAESARⅡ软件计算过程中的安装状态应力分析主要是由重力以及相应的外界压力组成的。在CAESARⅡ软件计算的过程中工作状态的应力计算值和安装状态的应力计算值之间的差值我们称之为纯热状态。在CAESARⅡ软件软件计算的过程中对于上述三种应力状态的力学分析是经常提及和需要的。我们要根据管道的不同的工作形式来进行相应的一次应力校核以及二次应力校核。在一次应力校核过程中，只有管道的应力许用值不小于管道节点应力的时候，一次应力校核才算是通过，一旦出现小于管道内节点应力的情况都属于不合格的状态。这个时候，可以根据相应的最大应力点找出相应的不合格节点的具置；在二次应力校核过程中，和一次应力的校核基本一致，同样要管道的应力许用值不小于管道中的节点应力，一旦在二次校核的过程中相关数据超出了应力的标准允许范围，就需要对管道的相关设计进行更改。通常在设计过程中有三种优化设计方法。第一种是将管道的布置方向进行更改；第二种是对管道进行一系列的应力补偿；第三种是在管道中应用弹性吊架来改善管道的受力情况等。上述三种改善管道受力的方法，在设计过程中要根据现场的具体情况和环境进行区别选择，。虽然方法不一样，但是目的是统一的，就是要将管道的许用应力控制在合理的标准范围之内。

2 CAESARⅡ软件在管道应力分析中的具体应用

CAESARⅡ软件在进行管道力学分析的过程中需要进行相应模型的建立。在建模的过程中我们认为管道的管口全部为固定的形式，但是这种情况下所得到的应力分析是不准确的，在一个绝对的条件下，得出的结果也是绝对的。但是在管道的实际应用过程中会有位移的情况出现。管道的位移主要是由于管道的固定点离设备较远，设备的外在压力会导致管道发生位移变形。因此在应用CAESARⅡ软件进行管道力学分析时，应该考虑相应的管道位移问题。在考虑位移变形时，设备厂家可能会提供相应的数据让我们进行计算。但是厂家给出的数据并不能够完全代表管道的位移变形量。例如管道出现了外界管路时，位移变形的性质就发生转变。需要重新建立相关的模型。

在对管道系统振动及应力计算中需要建立有效的数学模型，依据有限元理论方法需要将要分析的管道建立若干个单元，按顺序将各类数据参数输入各个单元。数据含有安装温度、材料牌号、许用应力管道材质密度等基本参数，管道元件形状、外径、内径、长度等管道元件参数，还包括管道系统载荷、端点类型、约束条件等边界条件。往复型压力管道容器在限制管子轴向垂直的四个方向的自由度时需要添加竖直的+Y方向自由度，并将管道系统承受的激荡力作为集中载荷的受力点。软件程序会自动地对所输入的数据进行检查，对于所出现的非常严重的错误软件程序会返回数据输入状态，以此来保证数据输入的可靠性。在管道的应力分析中首先进行的是静力分析，软件程序会对所输入的各个单元的参数包括基本参数、管道元件参数、边界条件进行整合分析，判断管道具有的安全性条件；其次对管道的振动参数进行确定，包括激发力、激发频率、载荷循环次数等参数，参数有的需要设定也有的需要计算。

参考文献

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[2]姜威.管道应力分析软件在化工设计中的应用[J].山西化工，2004，8（4）.

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