管道应力分析是指在工程设计领域对管道进行应力分析，以确定其布置是否安全合理，支吊架设计是否正确。

应力分类

应力分析通常包括两种：一次应力和二次应力，一次应力引起的断裂失效和二次应力引起的疲劳失效。

主应力：机械外载荷引起的正应力和剪应力，必须满足外载荷内部的力和力矩平衡定律。

特点：一次应力是非自限性的，它总是随着外加载荷的增大而增大。当超过材料的屈服极限或持久强度时，会造成管道的塑性破坏或整体变形。因此，在管道系统的应力分析中，一次应力首先要满足许用应力值。

次应力：由于变形的约束而产生的法向应力或剪应力，与外力不直接平衡。

特点：1。管道中的二次应力通常是由位移载荷(如热膨胀、附加位移、安装误差、振动载荷)引起的；

2.次级应力是自限性的。当发生局部屈服和少量塑性变形时，可通过变形协调降低应力；

3.二次应力是周期性的(不包括安装引起的二次应力)；

4.二次应力的容许极限是基于周期性和疲劳断裂模式，不是基于一个周期的应力水平，而是基于交变应力范围和循环次数。

分析原则

管道应力分析的原则：管道应力分析应保证管道在设计条件下有足够的柔性，以防止管道因热胀冷缩、管道支撑或末端附加位移而引起应力问题。

1.管道灵活性

柔性是反映管道变形难易程度的物理概念，表示管道通过自身变形吸收热胀冷缩等位移变形的能力。

在设计管道时，在管道具有足够的柔性来吸收位移和应变的前提下，管道的长度应尽可能短或投资尽可能小。在管道的柔性设计中，除了考虑管道本身的膨胀和收缩外，还应考虑管道端点的附加位移。在设计中，通常采用以下一种或多种措施来增加管道的灵活性：

1)改变管道的方向；

2)选择波形补偿器、套筒补偿器或球面补偿器；

3)选择弹性支吊架。

2.摩擦系数

除非另有规定，管道柔性分析中摩擦系数应考虑如下：

滑动支架：钢对钢0.3，不锈钢对聚四氟乙烯0.1，聚四氟乙烯对聚四氟乙烯0.08，钢对混凝土0.6。

滚动支撑：0.3钢对钢(球)，0.3钢对钢(辊)。

注：滚珠沿轴向运动时应采用滑动摩擦系数。

3.资格标准

合格柔性管道设计的标准：

1)管道上各点的二次应力值应小于许用应力范围；

2)管道对设备管口的推力和扭矩应在允许范围内；

3)管道的最大位移应满足管道布置的要求。

4.管道的柔性设计

应灵活设计的管道：

1)进出加热炉和蒸汽发生器的高温管道；

2)进出汽轮机的蒸汽管道；

3)进出离心式压缩机和透平鼓风机的工艺管道；

4)进出离心分离器的工艺管道；

5)进出高温反应器的管道；

6)温度超过400的管道；

7)在使用图表或其他简化方法进行初步分析后，需要进一步详细分析的管道被指出：

8)与其它有应力要求的设备连接的管道。

分析内容

管道应力分析主要包括静态分析和动态分析。

静态分析包括：

1.计算压力载荷和持续载荷下的主应力，以防止塑性变形和破坏；

2.计算位移载荷下的二次应力，如管道的热膨胀和冷收缩以及端点的额外位移，以防止疲劳损坏；

3.计算th

2.分析管道受迫振动响应，控制管道振动和应力；

3.往复式压缩机气柱的频率分析以防止气柱共振：

4.分析往复式压缩机的压力脉动，控制压力脉动值。

管道承受的荷载

以下是管道在运行中可能承受的载荷：

1.重力荷载：包括管道自重、保温重量、介质重量和雪重等。

2.压力载荷：压力载荷包括内部压力和外部压力；

3.位移荷载：位移荷载包括管道热胀冷缩时的位移、端点的附加位移、支架沉降等。

4.风荷载；

5.地震荷载；

6.瞬时流动冲击载荷；如安全阀启跳或阀门快速开启和关闭时的压力冲击；

7.两相流的脉动载荷；

8.压力脉动负载：如往复式压缩机往复运动引起的压力脉动；

9.机械振动载荷：如旋转设备的振动。

分析方法

管道应力分析方法有：目测、图表、公式、计算机分析。应根据管道输送的介质、工作温度、工作压力、公称直径和连接设备的类型等设计条件来确定选择的分析方法。

此外，管道应力分析还可以使用管道设计软件AutoPIPE。AutoPIPE是专门用于管道应力分析的高级综合软件工具。其直观的建模环境和先进的分析功能有助于提高工作效率和质量控制效果。通过实现与领先工厂设计应用的互操作性，我们可以确保管道应力工程师、结构工程师和CAD设计师之间的高效工作流程。

软件功能

1.组件属性库

AutoPIPE包含全面的组件属性库，包括管段、大小头、三通、阀门、法兰等管件的库，型钢的库，各种约束的管道支吊架库(固定支架、导向支架、弹簧吊架等。).此外，还包括根据温度和许用应力数据建立的基于ASME/ANSI、JIS、DIN、GB等标准的素材库。

2.弹簧吊架的设计

AutoPIPE可以在一个或多个工况下对弹簧吊架进行分析计算，程序可以根据结果直接自动在厂家数据库中选择弹簧(中国华东、西北电科院现有标准)。

3.附属钢结构模型

AutoPIPE提供了内置的钢结构框架分析，用户可以将结构支撑视为管道系统的一部分进行分析。AutoPIPE内置STAAD型钢库，用户还可以自定义型钢库。对于钢框架，程序中使用了类似管道模型的可视化图形用户界面，用户可以直观地定义模型和载荷条件。

4.非线性分析选项

AutoPIPE提供了多种非线性分析选项，包括导向支架的摩擦和间隙、双线性弹簧起重机和埋地管道。用户可以指定支撑点处的摩擦力和间隙参数，以模拟真实情况的边界条件。AutoPIPE的独特之处在于提供了指定的非线性加载序列。例如，用户可以指定风载荷、地震等。可以在自重条件下立即进行分析，也可以指定在热负荷下进行分析。这样，用户可以准确地分析和计算不同工况下非线性负载的影响。

5.局部应力计算

AutoPIPE提供了与WinNOZL软件的接口，用于分析设备接管连接处的局部应力，可以使用WRC107、WRC297、BS5500、API650等不同标准进行分析。而且补强板等的计算是AutoPIPE独有的特点，适用于各种形状的设备。直接从AutoPIPE导出管道系统的载荷特性来计算局部应力，不仅大大节省了时间，而且避免了人为误差。