Class 1 分支的柔性 - CAESAR II - 帮助

CAESAR II 用户指南

Language
中文 (大陆)
Product
CAESAR II
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帮助
CAESAR II Version
13

该分析选项被添加到CAESAR II中有以下原因:

  • 分支管局部柔性的自动分析有助于获得真实解。因为计算机分析时间成本较低,可以对同一模型采用略微不同的输入方法进行多次求解计算,以确定模型的差异对结果的不同影响。这样,对分析获得的数学结果更有信心。例如,建立钢结构支架模型,以观察其刚度影响;在设备连接处添加管嘴柔性,以观察这些特性如何在模型中重新分配荷载;考虑摩擦因素,以观察其对位移和设备荷载的影响;利用CAESAR II可考虑 Class 1 分支的柔性。在设置文件中可一键启用或禁用 Class 1 分支柔性选项,使得该选项使用方便。不需要对输入文件作其它修改。

  • WRC 329 提出了许多改进分支管应力计算的建议。这些建议相对具体,并按重要次序排列给出。正如 E. Rodabaugh 总结的,改进分支管应力计算的最重要的部分内容如下:

    “在管道系统分析中,可以假设通过支管到主管中心点的刚性连接表现其柔性。然而值得注意的是,该假设可能不准确,应考虑采用更准确的柔性表示方法。”

  • Class 1 分支柔性(Class 1 Branch Flexibility)的使用概括如下:在配置文件中选择 Class 1 分支柔性(Class 1 Branch Flex)选项。

  • 当符合异径分支的几何要求时,CAESAR II 将创建一个从主管中心到其表面的偏移刚性件,再在主管偏移刚性件的终点和分支的起点加入主管的局部柔性。支管与主管的连接点应力作为支管的计算应力。

  • 当不符合异径分支的几何要求时,CAESAR II 将创建一个从主管中心到其表面的偏移刚性件,分支管的起点位于偏移刚性件的终点。此时不考虑主管引起的局部柔性。(因视为不重要。)支管与主管的连接点应力作为支管的计算应力。

CAESAR II 校核的异径分支的几何要求为

d/D £ 0.5 且 D/T £ 100.0

式中

d = 分支管直径

D = 主管直径

T = 主管壁厚

若用户启用 Class 1 分支柔性选项,分析过程中,在不符合异径分支几何要求的情况下分支模型变得更刚,而在符合异径分支几何要求的情况下分支模型变得更柔。通常,分支的刚度越大,承受的荷载越大,因此分支应力越大,而管系其他部分承受的荷载降低,应力减小。而分支的柔性越大,承担的荷载越小,应力越小。这使得管系的其他部分承受了额外的荷载,应力增加。

CAESARII  中采用的分支柔性准则来自 1992 年 12 月 31 日发布的 1992 版 ASME III NB 部分(Class 1)中的 NB-3686.4 和 NB-3686.5 节。

当应用异径分支准则时,采用以下公式计算局部刚度:

横向:

轴向 = 刚性

周向= 刚性

纵向 = 刚性

扭转

轴向 = 刚性

周向= (kx)d/EI

纵向 = (kz)d/EI

式中:

刚性 = 1.0E12 lb./in. 或 1.0E12 in.lb./deg.

d = 分支管直径

E = 杨氏模量

I = 截面惯性矩

D = 主管直径

T = 主管壁厚

Tb = 分支接管壁厚

kx = 0.1(D/T)1.5[(T/t)(d/D)]0.5(Tb/T)

kz = 0.2(D/T)[(T/t)(d/D)]0.5(Tb/T)

更多详情,请参见 WRC 329 第 4.9 节柔性系数。本节引用的摘要如下:

““k”的重要性取决于管系的特点。定性来说,如果“k”值与考虑了弯头和 k 系数影响在内的管系长度相比较小时,则在分支连接中纳入“k”值对计算力矩影响不大。相反,如果“k”值与管系长度相比较大时,则在分支连接中纳入“k”值将对计算力矩产生显著影响。最大的影响是极大地降低了作用于分支连接处的计算力矩。为了说明“k’s”对于分支连接的潜在重要性,以 D=30 in.、d=12.75 in. 和 T=t=0.375 in. 为条件,用[上述]公式计算分支的“k”:

k = 0.1(80)1.5(0.425)0.5 * (1.0) = 46.6

这与一般的刚性接点相比, k=1 而不是 k=46.6!”

第 4.9 节还介绍了高估分支连接刚度所引起的其他问题。“错误”地认为分支点应力过大会产生问题。更多详情请参阅 WRC 329 第 4.9 节的其他内容。

若用户在模型中仅定义了分支单元,而不考虑主管分析时,可使用分支柔性自动生成功能。此时,不会在分支端部创建一个相当于主管直径一半的“偏移刚性件”。“部分分支”指只建立一个单元而不建立主管的分支,或者建立了部分分支且其主管不在一条直线上。若主管没有连接分支点,则不能用 class 1 分支柔性修正模型。当至少一个主管被确认时,局部柔性方向仅由分支管确定并遵循CAESAR II 中默认的分支管和主管环向和纵向方向。因此,在任何情况下用户都必须建立完整的分支模型,而不是仅在运用 class 1 分支柔性的情况下建立。大多数情况下,建立完整的分支模型能避免因只有部分分支而必需假定条件所引起的问题。

在 NB-3686.5 的 tn 公式中,所有工况下均使用分支管壁厚。

若分支管相对于主管是斜插管,且两端主管共线时,Class 1 局部柔性方向仍为分支处与主管表面相切的纵向和环向。

Class 1 分支柔性可在一个管道单元的两端形成。

形成 class 1 分支所需的偏移刚性件由CAESAR II自动生成。用户无需输入额外的信息,CAESAR II就能生成这些分支。

如果用户在分支端点已定义了刚性偏移,则沿分支管中心线方向建立的从主管中心线到主管表面的偏移刚性件会添加到用户已输入的偏移中。

自动生成的偏移量,即沿分支管中心线方向建立的从主管中心线到主管表面的距离,应小于等于直管总长的 98%。

automaticoffset

如果指定的弯头单元是分支模型的一部分,则不执行偏移和柔性计算。