摘 要：在化工行業(yè)中，由于輸送的需要，鋪設(shè)很多的輸送管路是必要的，因此管路的安全穩(wěn)定就顯得非常重要。CAESARⅡ軟件作為專業(yè)的管道應(yīng)力分析的軟件在實(shí)際的使用過程中有三個(gè)主要特點(diǎn)。第一個(gè)是它的經(jīng)濟(jì)性好；第二個(gè)是它在計(jì)算管道應(yīng)力過程中非?？旖?；第三個(gè)是這款軟件非常的高效。正是由于上述的三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，CAESARⅡ軟件在管道設(shè)計(jì)過程中非常受歡迎。文章主要針對(duì)CAESARⅡ軟件在管道應(yīng)力中的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)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(yè)管道應(yīng)力計(jì)算的效率；同時(shí)也為我國(guó)化工行業(yè)的管道建設(shè)貢獻(xiàn)自己的力量。

關(guān)鍵詞：CAESARⅡ軟件；管道應(yīng)力；分析；應(yīng)用

在管道應(yīng)力的設(shè)計(jì)分析過程中，輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)CAESARⅡ軟件能夠直接進(jìn)行相關(guān)的圖像輸出并且顯示相應(yīng)的計(jì)算分析結(jié)果，這樣就能夠幫助管道設(shè)計(jì)人員更具體的進(jìn)行分析，CAESARⅡ軟件還能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)圖像的形成。在我國(guó)的化工行業(yè)以及燃?xì)庑袠I(yè)都有非常廣泛的應(yīng)用，CAESARⅡ軟件能夠有效的幫助管道設(shè)計(jì)提升設(shè)計(jì)精度，保障設(shè)計(jì)出的管道達(dá)到工程的要求。

1 CAESARⅡ軟件在管道應(yīng)用分析中的具體內(nèi)容

我國(guó)進(jìn)行管道應(yīng)力分析的CAESARⅡ軟件最開始是從美國(guó)的一家科技公司引進(jìn)的。由于是美國(guó)的公司研發(fā)的，因此現(xiàn)在的應(yīng)力分析在進(jìn)行工作的過程中使用了美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。整套軟件結(jié)合了三種主要的力學(xué)知識(shí)。第一種是材料力學(xué)；第二種是結(jié)構(gòu)力學(xué)；第三種是有限元分析。通過對(duì)上述三種力學(xué)知識(shí)的綜合，進(jìn)而研發(fā)了現(xiàn)在的CAESARⅡ軟件。在我國(guó)化工行業(yè)中，對(duì)于CAESARⅡ軟件應(yīng)用最多的有兩種計(jì)算。第一種是進(jìn)行管道應(yīng)力的具體分析；第二種是進(jìn)行設(shè)備管口的載荷分析和驗(yàn)算。管道的應(yīng)力分析主要又包含了兩種應(yīng)力的分析。第一種是靜應(yīng)力的分析；第二種是動(dòng)應(yīng)力的分析。靜應(yīng)力的分析主要是對(duì)管道承受的壓力以及連續(xù)外部載荷的一種平均應(yīng)力分析；化工設(shè)備；支架以及相應(yīng)的法蘭對(duì)于管道施加的應(yīng)力。動(dòng)應(yīng)力的力學(xué)分析則是分析管道受力后的震動(dòng)相應(yīng)以及管道自身的自振頻率力學(xué)分析等。靜應(yīng)力的力學(xué)計(jì)算結(jié)果包含了三個(gè)內(nèi)容。第一個(gè)是管道上的每一個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的力學(xué)分析；第二個(gè)是管道的各個(gè)受到約束的點(diǎn)之間的力學(xué)分析；第三個(gè)是管道的各個(gè)受力點(diǎn)之間的位移分析。在化工行業(yè)中，對(duì)于管道的各種應(yīng)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(shù)允許的范圍內(nèi)，不要超出了允許范圍出現(xiàn)運(yùn)行問題；同時(shí)靜應(yīng)力的力學(xué)分析還能夠在技術(shù)上符合相應(yīng)的國(guó)家或者國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，讓管道之間的各個(gè)接口達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。管道上的各個(gè)受到約束的重點(diǎn)受力點(diǎn)載荷通過應(yīng)力分析能夠更加精確的得出。通過管道的應(yīng)力計(jì)算能夠有效的得知管道的管口位移范圍，這樣能夠在設(shè)計(jì)過程中對(duì)管道的設(shè)計(jì)更加優(yōu)化。

管道的應(yīng)力分析根據(jù)應(yīng)力的性質(zhì)的不同可以分為三種形式的應(yīng)力分析。第一種是一次應(yīng)力分析；第二種是二次應(yīng)力分析；第三種是峰值應(yīng)力分析。一次應(yīng)力主要包括了管道的內(nèi)部壓力；管道的設(shè)備自身重量以及管道外部載荷施加在管道上的應(yīng)力等；二次應(yīng)力包括了管道受到外界壓力載荷出現(xiàn)的變形受阻正應(yīng)力和相應(yīng)產(chǎn)生的剪切應(yīng)力；峰值應(yīng)力主要包括了在管道工作過程中外界施加的不連續(xù)的載荷產(chǎn)生的集中應(yīng)力，這些集中應(yīng)力再次附加在一次應(yīng)力或者二次應(yīng)力之上的總和稱之為峰值應(yīng)力。CAESARⅡ軟件在計(jì)算過程中的工作狀態(tài)應(yīng)力主要有六種應(yīng)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(diǎn)的相對(duì)位移；第六種是由于外界溫度變化造成的應(yīng)力。上述六種應(yīng)力的組合體在CAESARⅡ軟件計(jì)算的過程中稱為工作狀態(tài)的應(yīng)力分析。CAESARⅡ軟件計(jì)算過程中的安裝狀態(tài)應(yīng)力分析主要是由重力以及相應(yīng)的外界壓力組成的。在CAESARⅡ軟件計(jì)算的過程中工作狀態(tài)的應(yīng)力計(jì)算值和安裝狀態(tài)的應(yīng)力計(jì)算值之間的差值我們稱之為純熱狀態(tài)。在CAESARⅡ軟件軟件計(jì)算的過程中對(duì)于上述三種應(yīng)力狀態(tài)的力學(xué)分析是經(jīng)常提及和需要的。我們要根據(jù)管道的不同的工作形式來進(jìn)行相應(yīng)的一次應(yīng)力校核以及二次應(yīng)力校核。在一次應(yīng)力校核過程中，只有管道的應(yīng)力許用值不小于管道節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的時(shí)候，一次應(yīng)力校核才算是通過，一旦出現(xiàn)小于管道內(nèi)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的情況都屬于不合格的狀態(tài)。這個(gè)時(shí)候，可以根據(jù)相應(yīng)的最大應(yīng)力點(diǎn)找出相應(yīng)的不合格節(jié)點(diǎn)的具體位置；在二次應(yīng)力校核過程中，和一次應(yīng)力的校核基本一致，同樣要管道的應(yīng)力許用值不小于管道中的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力，一旦在二次校核的過程中相關(guān)數(shù)據(jù)超出了應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)允許范圍，就需要對(duì)管道的相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改。通常在設(shè)計(jì)過程中有三種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。第一種是將管道的布置方向進(jìn)行更改；第二種是對(duì)管道進(jìn)行一系列的應(yīng)力補(bǔ)償；第三種是在管道中應(yīng)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(shè)計(jì)過程中要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況和環(huán)境進(jìn)行區(qū)別選擇，。雖然方法不一樣，但是目的是統(tǒng)一的，就是要將管道的許用應(yīng)力控制在合理的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

2 CAESARⅡ軟件在管道應(yīng)力分析中的具體應(yīng)用

CAESARⅡ軟件在進(jìn)行管道力學(xué)分析的過程中需要進(jìn)行相應(yīng)模型的建立。在建模的過程中我們認(rèn)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(yīng)力分析是不準(zhǔn)確的，在一個(gè)絕對(duì)的條件下，得出的結(jié)果也是絕對(duì)的。但是在管道的實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)有位移的情況出現(xiàn)。管道的位移主要是由于管道的固定點(diǎn)離設(shè)備較遠(yuǎn)，設(shè)備的外在壓力會(huì)導(dǎo)致管道發(fā)生位移變形。因此在應(yīng)用CAESARⅡ軟件進(jìn)行管道力學(xué)分析時(shí)，應(yīng)該考慮相應(yīng)的管道位移問題。在考慮位移變形時(shí)，設(shè)備廠家可能會(huì)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)讓我們進(jìn)行計(jì)算。但是廠家給出的數(shù)據(jù)并不能夠完全代表管道的位移變形量。例如管道出現(xiàn)了外界管路時(shí)，位移變形的性質(zhì)就發(fā)生轉(zhuǎn)變。需要重新建立相關(guān)的模型。

在對(duì)管道系統(tǒng)振動(dòng)及應(yīng)力計(jì)算中需要建立有效的數(shù)學(xué)模型，依據(jù)有限元理論方法需要將要分析的管道建立若干個(gè)單元，按順序?qū)⒏黝悢?shù)據(jù)參數(shù)輸入各個(gè)單元。數(shù)據(jù)含有安裝溫度、材料牌號(hào)、許用應(yīng)力管道材質(zhì)密度等基本參數(shù)，管道元件形狀、外徑、內(nèi)徑、長(zhǎng)度等管道元件參數(shù)，還包括管道系統(tǒng)載荷、端點(diǎn)類型、約束條件等邊界條件。往復(fù)型壓力管道容器在限制管子軸向垂直的四個(gè)方向的自由度時(shí)需要添加豎直的+Y方向自由度，并將管道系統(tǒng)承受的激蕩力作為集中載荷的受力點(diǎn)。軟件程序會(huì)自動(dòng)地對(duì)所輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，對(duì)于所出現(xiàn)的非常嚴(yán)重的錯(cuò)誤軟件程序會(huì)返回?cái)?shù)據(jù)輸入狀態(tài)，以此來保證數(shù)據(jù)輸入的可靠性。在管道的應(yīng)力分析中首先進(jìn)行的是靜力分析，軟件程序會(huì)對(duì)所輸入的各個(gè)單元的參數(shù)包括基本參數(shù)、管道元件參數(shù)、邊界條件進(jìn)行整合分析，判斷管道具有的安全性條件；其次對(duì)管道的振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行確定，包括激發(fā)力、激發(fā)頻率、載荷循環(huán)次數(shù)等參數(shù)，參數(shù)有的需要設(shè)定也有的需要計(jì)算。

參考文獻(xiàn)

[1]宋苛苛.工業(yè)管道應(yīng)力分析與工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)石化出版社，2011.

[2]姜威.管道應(yīng)力分析軟件在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].山西化工，2004，8（4）.

[3]方立.用CAESARⅡ軟件進(jìn)行管道應(yīng)力計(jì)算的幾個(gè)問題探討[J].化工設(shè)備與管道，2004，12（6）.

[4]宋苛苛.工業(yè)管道應(yīng)力分析與工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)石化出版社，2011.

[5]姜威.管道應(yīng)力分析軟件在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].山西化工，2004，8（4）.