整体坐标系和局部坐标系的应用 - CAESAR II - 帮助

CAESAR II 用户指南

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中文 (大陆)
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CAESAR II
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帮助
CAESAR II Version
12

整体坐标常用于处理管道模型。整体坐标用于确定模型,查看节点结果。即使单元应力采用局部坐标系中的轴向和弯曲方向定义,局部坐标的使用仍然很少。典型的管道分析过程是:

  • 确定如何使管道模型的整体坐标系与工厂坐标系保持一致。通常,在两条水平轴中选择一根轴表示北向。然而,如果这一操作使大部分管系相对于整体坐标轴倾斜,则应考虑重新调整模型。最好让大部分管系与整体坐标轴一致。

  • 然后定义管系的节点,通常在方向变化处、管支撑处、终点、截面变化点、加载点或其他需关注的点设置节点。

指定节点后,按照整体坐标系的方向指示给定 delta 尺寸以建立管道模型。用打断(Break)列表(List)旋转(Rotate)、复制(Duplicate)方向余弦(Direction Cosines)选项创建模型。

  • 检查输入数据后,确认荷载工况,并进行模型分析,查看输出结果。

输出检查包括查看各种报告,确保管系响应在一定的限制范围内。检查内容包括:

  • 确认操作位移合理,且在任何操作范围下,避免出现积液。位移是节点量,在整体坐标系中查看。局部坐标系与节点均不相关。图 7 和图 8 所示模型的操作位移如图 15 所示。

    图 15 —— 操作位移

    报告显示了该模型所有节点在整体坐标系中的六个自由度的位移量。

  • 确认结构荷载工况的约束荷载结果是合理的。包括确保约束设计能承受计算得出的荷载。约束是节点量,在整体坐标系中查看。局部坐标系与约束均不相关。图 7 和图 8 所示模型的操作/持续约束汇总如图 16 所示。

    图 16 —— 操作/持续约束反力概况

    该报告显示了节点 10 处的固定架和节点 50 处的管嘴在两个选定荷载工况下整体坐标系中六个自由度的载荷。

  • 规范工况的规范应力合规性检查。通常将各单元各节点应力与规范许用应力进行比较。倘若存在应力超标现象,则需查看轴向应力、弯曲应力和扭转应力。轴向应力、弯曲应力和扭转应力是局部坐标系术语,与单元的局部坐标系相关。图 7 和图 8 所示模型的部分持续应力报告如图 17 所示。

    图 17 —— 持续应力报告

报告提供的信息足以评价模型各管道单元,以保证管系的正确性和合规性。然而此时分析任务仍未完成,还必须评价管系连接的设备/容器管嘴端点的荷载和应力。根据设备或管嘴类型,采用不同的程序和规范进行评价。包括 API-610 规范、WRC-107 容器管嘴规范等。对于 API-610 和 WRC-107,采用规范特定的局部坐标系。这些局部坐标系是依据或管嘴/容器几何形状来确定的。

当设备坐标系与管道模型的整体坐标系相一致时,可以用约束报告中的管嘴荷载(图 14 的节点 50)评价管嘴。然而,当设备管嘴倾斜时(图 14 节点 50 处),则难以采用该点荷载。此时最好使用单元局部坐标系中的力/力矩报告。需要注意的是,必须改变所有力和力矩的方向符号,因为力/力矩报告显示的是作用于管道单元的荷载,而不是作用于管嘴的荷载。节点 40 到节点 50 的单元局部坐标下力/力矩报告如图 18 所示。

图 18 —— 单元局部坐标下的力/力矩报告

由于管道模型的坐标系与设备规范 API 和 WRC 坐标系之间的相互关系通常比较麻烦且容易出错,因此CAESAR II设备模块包含直接从静态输出中获取管嘴荷载的选项。选择节点和荷载工况; CAESAR II获取荷载,并按相应设备规范转到相应的坐标系。即使是倾斜管件,用户也无需担心从整体坐标到局部坐标的转换。上述说明参见图 19。在图 19 中,节点 50 处的 API-610 管嘴荷载可通过点击按工作项/荷载工况选择荷载来获取。

注意,图 19 的荷载采用 CAESAR II整体坐标系。这可以通过比较图 19 的值与图 16 的操作荷载工况约束反力概况值,就能清楚地得到证实。

图 19 —— API-610 管嘴荷载读取值

在该 API-610 分析的相应输出报告中,整体坐标和 API 局部坐标下的荷载均被显示。参见图 20。

图 20 —— API-610 管嘴输出报告截图

注意,图 20 中两份报告截图分别显示了整体坐标系值和局部 API 坐标系值。