动力管道的应力分析及管壁厚计算_管道技术与设备2000.pdf

管道技术与设备
2000年
动力管道的应力分析及管壁厚计算
田峰高岩孙承华
桦林集团有限责任公司黑龙江省牡丹江.市157032
摘要』対管子在承受内斥及自重产生的应力进行了分析,対热力管道的强度校核公式及管
子壁厚公式的选用作了简单的探讨。
关健词:动力管道应力分析强度校核壁厚计算
The Stress Analysis of the Power Pipeline and the Calculation
of the Pipe wall Thickness
Tian Feng Gan Yan Sun Chenghua
Hualin Co Ltd (Group), Mudanjiang Helongjiang 15703.
Abstract: is anal d the stress undcr intcrnal prss a d - wcight o"thc pipclinc and th Mormula for strcngth calr
bratin of the heat powcr pipline and hc sclcction o the wall Llic kn s of the pipc is discusscd in this papcr
Ky ord: w Ppl Aa t nth Calibration, Wall Tickncss Calculation
1应力分析
(3)
众所周知,对工业上使用的热力管道还是其它动
式中a周向应力,kg/cm2
力管道,其强度校核的目的是计算管道内的内压外载
n一轴向应力,kg/cm2;
利热仲缩等引起的力、力矩和应力,以便套用公式校核
管道设计是交全、经济合理,是能在设定的条件下
一径向应力,kg/cmr;
⊥作。为完成上述工作,需先对管道承受内压时产生
P。一管内承压计算力,kdf/cm2
的应力进行分析,找出导致管道破坏的因素,代入相立
7n一管子外壁半径,cm
的导出公式,得出科学结论。
rn管子内壁半径,cm
要想计算出管子的壁厚S,须知管子在内压及外载
r一ー管壁上任一计算点半径,cm。
的作用下产生的应力,通常采用薄壁材料受力分析的计
从(1)、(2)式可以看出,内压周向应力利内压径向
算公式求出管壁上某点的三个主应力,如图1所示
立カ是一个随半径r偵而定的变量,在管内壁r=rn
时,内压径向应力出现最大值,在管外壁r=吋,周
向应力为最小值。公式可变为
a
2Pn/(
(1b)
把管外径与内径的比值β代入,则式(a)、(1b)可
分别用下式表示
?1管了受压时的应力状态
2+1)/(B2-1
(1
周问应力
从(1e)、(1b)可看出,周问应力始终为正值,表现
(1+
为拉应力,当管子的内外径保持不变时,β偵随壁厚S
轴阿应力
的增人而增人。把管分为两类,溥壁管和厚壁管,定
(2)义当外、内伶比值6≤1.1时为薄壁管,反之亦然。经
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设计与研究
推导当B值<1.1时,周向应力的上限和下限之比值
不超过1.105。而对于厚壁管β>1.1时,周向力的
在管子外壁上该比值为
上下限比值会变化很大,如果当B为1.4H时,它们的比
2=2
(4b)
值可达1.5。
从(4a)、(4b)可见,周向应力同轴向应力的比值最
周向应力分布图如图2,向应力图如图3。从小为2,在管子内壁其比值永远人于2,且随β增人而
(3)式可见,径向应力的最大值是取在r=n时,即在増大。
管子外壁的绝对值最小为琴。同时在式中因r<,放
从上述应力分析中可知,三向应力状态的三个主
径向应力永为负值,日呈压应力。
应力中,周间应力为最大偵,径向应力最小,轴应力
当r=rn时,mx=
介」二者之问。从图5可以得出平均周向应力和计算
(3b)应力的计算公式。在实际工作巾为使T.作方使,需求
从上两式可见,管子内壁的径向力绝对值为管子管子承受内压时的平均周向应力、径向应力、以简化计
所承受的内压,管子外壁上的径向成力为零。
算方法。
?2周向应力图
图5平均周向成力计算图
从图5可以看出,在ABOD面积中(周阿应力),由
于BC是按一定规律变化的,我们拟取某一点处的微量
dr,计算其平均周向应力。从式(1)可得
6)dr/(r-r
图3径同应力图
故总的周向应力应为上式的积分,上ド限分别为
山式(2)可知,轴向力的大小与半径无关,且沿管
壁是均匀分布的,表现为拉应力,如图(4)所示。
dr
dr/r
4轴向应力沿管壁分布图
将β值代入(2)得
将周向应力与轴向应力相比可得ド列关系x
2
(4)周向应力的平均值应为周向应力除以壁厚,即
管子?壁上该比值为
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