摘要：保证管道系统及设备平稳运行，核心内容就是管道应力分析，这是管道系统设计最关键的一环。通过管道应力分析，可以及时发现并解决管道工程设计中的很多潜在问题，为管道的正常运行提供可靠保障。本文从管道应力分析的基本内容展开论述，分别对管道应力分析的方法、设计进行详细论述，并对以上的内容进行研究和总结，从而为管道系统的设计提供科学的依据。
关键词：管道应力分析；管道系统设计；研究
在工程设计当中，管道应力分析占据非常重要的位置，它的存在可以保证整个系统的安全运行。对于整个工程而言，倘若出现管道布置不合理的情况，就会为系统的安全运行埋下隐患，如以下情况是最常见的问题：焊接处出现裂缝、管道接头被挤压变形、法兰泄露等，严重的情况下还会出现爆炸。因此，对于以上种种安全问题就需要管道应力分析来解决，同时指导管道的正确安装与应用。另外，管道应力分析可以对管道系统的设计产生一定的优化作用。通过应力分析可以得出各个管道配件的精准受力情况，为合理布置支吊架，提供了最有价值的参考依据。
1、管道应力分析的基本内容
1.1静力分析和动力分析
通常情况下管道应力分析分为静力分析和动力分析。其中静力分析主要包含以下几点：一是对管道进行重力、压力等其他负载力作用下的应力计算，其目的是防止管道出现变形；二是计算管道对系统中设备产生的管口载荷，防止应管口载荷过大而对设备产生破坏，尤其是关键性的设备，进而影响设备的正常运行；三是对管道支撑点的受力进行详细计算，更科学的设计支吊架；是对法兰的受力情况进行计算，从而避免法兰泄漏事故发生。
动力分析主要包括以下内容：第一，对管道进行紧迫震动响应分析，其目的是对管道的震动进行一定的控制；第二，分析计算管道的自振频率，从而避免管道系统出现共振的情况；第三，进行往复压缩机压力脉动分析，其目的是对压力脉动值进行良好的控制；第四，进行往复压缩机气柱频率分析，其目的是防止气柱出现共振情况。
1.2应力分类
对管道上产生的应力可为分为两类，分别为一次应力、二次应力。
2、管道应力分析的方法
2.1薄壁假设法
由于管道在工程中呈现多样性和复杂性，因此，对管道应力分析之前需要根据几何特性进行简化处理，否则在计算时会特别的复杂，从而无法完成应力分析。根据相关的规定，管道可以分为薄壁圆筒和厚壁圆筒，其公式为K=DO/Di=1.2，其中DO表示为管道外径，Di表示为管道内径，当K大于1.2时，为厚壁圆筒，相反则为薄壁圆筒。在对薄壁圆筒进行应力分析时，在理论上有如下假设：一是可以忽略不计径向应力、环向应力、轴向应力；二是沿壁厚的应力分布均匀。
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2.2管材满足的基本物理假定
为了更有效的分析出管道应力，方便计算，从而作出如下物理假定：连续性假定：认为用于制造管道的所有材料均由连续介质组成，可以通过连续函数来表示材料的物理量；完全弹性假定：管道所需的材料具有一定的弹性，符合虎克定律，同时所有材料的弹性性质相同，在各个方向的弹性性质也相同；小变形假定：认为管道在受到外力的作用下会出现变形的情况，和管道的原有尺寸相比，变形可以忽略不计。
2.3计算原理
通过采用梁模型来模拟管道应力分析，从静力分析和动力分析两方面来具体计算。其中静力分析使用了有限单元法和静力学，可利用Causs消元法求解，经过单元分析、单元集成求解方程的过程，依据计算的位移从而得到应力、节点荷载。动力分析中所采用的有限单元法和静力分析中的相似，不同的是在对单元特性进行分析时，还要考虑单元惯性力和阻尼力等因素产生的荷载，同样利用Causs消元法求解，分析过程和静力分析一样，最后采用逐步积分法得到结构的动力响应和固有频率等。除此之外，工程中还会涉及一些几何不连续的配件，比如三通，对此类配件处理的方法，采用应力系数增大的方式，对局部不进行详细分析，这种分析方法从实际情况来看是可行的。
2.4应力分析的途径
在工程设计过程中，管道应力分析的途径有很多种，其中比较常见的有简单计算法、目测法和计算软件分析法，因此可以看出计算软件分析法，并非适用所有的管道应力分析，同样也不是所有的管道都需要进行应力分析计算。随着现代社会的不断发展，计算机的应用越来越普及，应力分析对计算软件的依赖越来越强，因此计算软件分析法会越来越普及。当前国内外工程设计实践中，对管道应力分析使用的程序软件主要有：SYSPIPE、AutoPSA、ZENPIPE等。
3、结束语
综合上述所言，在工程设计当中，对管道系统进行设计研究，开展管道应力分析对管道的设计具有非常重要的意义。在实际施工中，为管道的安装、布置提供了科学的理论基础，同时解决了管道的刚度、振动、强度等一系列问题，为管道的安全运行提供了一定的保障。因此，通过本文的研究分析，希望能为管道系统设计的相关人员提供一定的参考价值。
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论文作者:杜鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/6
标签：管道论文; 应力论文; 静力论文; 系统论文; 的是论文; 圆筒论文; 假定论文; 《基层建设》2019年第25期论文;