楊志堅 施少波
摘 ?要:文章提出了一種管道應力計算模型邊界確定的新方法即三向線位移約束兩次即可作為計算邊界。對采用這種新方法計算的管道示例的應力比值變化進行了對比,結果顯示其計算誤差滿足工程計算的要求。此方法為管道應力計算模型邊界的確定及計算規(guī)模的簡化提供了一種新思路。
關鍵詞:管道應力;計算邊界;約束
中圖分類號:TQ050.2 ? ? ? ? 文獻標志碼:A ? ? ? ? 文章編號:2095-2945(2019)15-0014-02
Abstract: This paper introduces a new method for determining the boundary of piping stress calculation model, that is, linear displacements in three directions are constrained twice can be used as the calculation boundary. The stress ratio of the piping before and after calculation with this new method is compared and the results show that the calculation meets the engineering requirements. This method provides a new method for determining the boundary of piping stress calculation model and simplifying the calculation scale.
Keywords: piping stress; computational boundary; constraints
引言
管道應力計算邊界的確定關系到計算精度、計算耗時等,是管道應力計算的基本問題。
常規(guī)的管道應力計算邊界分兩類:(1)管道在此處之后不再向后延伸,例如自由端和接設備點;(2)管道遇到剛度足夠大的固定支架(支架剛度一般要大于管道剛度的10倍以上),由于管道在該處的三向線位移及角位移均被約束,故可做為應力計算邊界。
實際工程項目中,往往只需計算某一個系統(tǒng)或者某一段管道的應力,如果按既有規(guī)則進行管道應力邊界的劃分,往往由于所需計算的管道與設備之間距離過長,管系附近無固定支架及自由端,管道計算邊界需要擴展到與之相連的不需要詳細應力計算的管系來滿足既有規(guī)則,導致計算模型過于龐大,造成不必要的人力物力消耗。
1 管道應力計算模型邊界確定的新方法
本文提出了一種管道應力計算邊界的新方法-三向線位移約束兩次即可作為計算邊界。具體如圖1所示:虛線以外屬于我們需要計算考慮的管道范圍,而虛線之內(nèi)4個GL支架(軸向?qū)蛑Ъ埽?,X方向約束2次,Y方向約束2次,Z向約束4次,滿足3向約束兩次這個條件,構成一個總體的計算邊界(管道延伸區(qū)實線表示的管道不評定)。
2 實例驗證
某高壓氮氣減壓裝置,其材料采用022Cr19Ni10,介質(zhì)為氮氣,設計溫度為100℃,設計壓力為16MPa。需對高壓氮氣減壓裝置相關管線在承受自重、內(nèi)壓、溫度等載荷作用下的一、二次應力進行評定,滿足ASME B31.3-2014[1]規(guī)范的相關要求。
2.1 管道總體模型
由CADWORX三維建模軟件建立的總體模型如圖2所示,而我們關心的必須用管道應力軟件進行詳細計算的部分如圖2圓圈中所示,詳見圖3。
2.2 管道簡化模型
根據(jù)本文提出的管道應力計算模型邊界確定的新方法:三向線位移約束兩次。原模型左右邊界分別有4個GL支架(軸向?qū)蛑Ъ埽瑵M足X、Y、Z三個方向分別約束兩次的要求,簡化后的管道應力模型如圖4所示。
2.3 應力結果比較
對采用新方法前后的管道模型(圖2和圖4)運用CAESAR II[2]軟件進行計算,并從中選取需詳細評定的圖3模型中相同的節(jié)點進行應力結果比對,比對結果詳見表1,結果顯示兩種模型的相同節(jié)點不僅計算誤差極小,而且簡化模型的一、二次應力均略大于總體模型,結果相對保守,由此可見運用新方法簡化后的模型可應用于實際工程。
3 結論
本文提出了一種管道應力計算模型邊界確定的新方法即三向線位移約束兩次,并用管道實例對采用這種新方法計算前后的應力結果進行了對比,結果表明可滿足工程要求。此方法為管道應力計算模型邊界的確定及計算規(guī)模的簡化提供了一種新思路。
參考文獻:
[1]ASME B31.3-2014, Process Piping, The American Society of Mechanical Engineers[S].
[2]CAESAR II User Manual,2017.