CN103049648B - 一种针对工程实际问题的管道应力评定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业管道力学计算分析的应用方法，具体为一种针对工程实际问题的管道应力评定方法。本发明从实际分析计算时的载荷类型出发，再由完成计算需要考虑的各种条件，直到最后需要得到的计算结果，设计出一种新的完成整个管道应力计算过程的分析要求定义方法。该方法可以降低对程序应用人员的专业要求，减少程序使用时出错的可能性，进而提高管道力学计算工作的效率和质量。

Description

一种针对工程实际问题的管道应力评定方法

技术领域

本发明涉及一种工业管道力学计算分析的应用方法，具体为一种针对工程实际问题的管道应力评定方法。

背景技术

对于工业管道的力学分析，以往国际上的各个管道力学计算程序的使用者都要确定，采用哪个规范的哪个版本的哪个公式对管道计算题目的各种载荷进行评定，这就要求用户对管道题目的力学问题和规范都很清楚。例如核电站中的管道在设计和计算时必须要区分的条件包括：

1、管道的等级：核安全1、2、3级，还是非核安全级；

2、采用的规范：如美国、德国的还是法国等；

3、规范的版本：随着时间的不同，规范版本一直在变化。不同的版本将得到不同的结果；

4、管道运行的级别：正常运行、异常工况还是事故工况，不同级别的限制条件是不同的；

5、要计算的载荷类型：在一个题目中通常要分析评定多种类型的载荷，如自重载荷、温度载荷、地震载荷等。

当确定了以上条件后，再根据条件确定应该采用的计算与评定规范公式。由公式得到计算应力结果与许用应力，完成评定计算。

而比较困难的是，规范中并没有确切的明确说明各个载荷对应的哪个计算公式。

对于各种评定公式，其中如按载荷条件划分，只有特定种的载荷评定要求，如法国的1985年版RCC-M规范，对核2级管道。其评定公式可以分为：

1)自重载荷；

2)温度载荷；

3)偶然载荷(如地震)；

4)沉陷载荷；

5)试验载荷；

同1)，只是管道内介质为试验介质。

6)附加载荷。

针对这些条件的不同的排列组合，都会采用不同的计算公式来对计算条件和结果作不同的处理，因此得到的结论也是不同的。如果用户没能正确的指定采用的公式，计算结果将是错误的。

而国际上的管道规范繁多，美国、法国、日本各不相同，各个国家的要求各异，而且公式中的内容和系数各不相同，使用起来比较麻烦，容易出错。另外各种管道规范的升级总是在不停的进行，例如ASME规范每三年就一升级。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种针对工程实际问题的管道应力评定方法，减少计算程序使用时出错的可能性，提高管道力学计算工作的效率和质量。

本发明的技术方案如下：一种针对工程实际问题的管道应力评定方法，包括如下步骤：

(1)确定评定中将采用的所有规范种类，以及这些规范中包括的所有管道级别；

(2)确定需要考虑的各个规范的版本，以及规范中或其它的特殊要求，进行分析评定要求编码；

(3)针对所有规范找出所有的载荷类型，把所有规范中相同的载荷类型归类，并进行设计载荷编码；

(4)根据所有规范的计算要求得到各载荷条件的分析要求标识码；

(5)根据所有规范中的计算公式归类，完全相同的公式作为一类，得到可用的各种不同的计算公式类数，找出每一个不同的计算公式对应的分析要求识别码，确定各公式的计算要求编码标识；

(6)按照用户的计算要求，得到计算中各个载荷工况的分析要求标识码，并根据载荷工况的分析要求标识码找到应该采用的计算公式的计算要求编码标识；

(7)根据计算要求编码标识的公式计算应力值以及对应的许用应力值，并给出评定公式与对应的规范说明；

(8)对有附加条件的题目计算要求进行附加条件的计算与评定。

进一步，如上所述的针对工程实际问题的管道应力评定方法，步骤(2)中所述的分析评定要求编码的格式为M＝llmmnn，其中，ll表示规范种类，mm表示规范版本，nn表示附加的特殊要求。

进一步，如上所述的针对工程实际问题的管道应力评定方法，步骤(3)中所述的设计载荷编码的格式为N＝iijj，其中，ii表示管道级别，jj表示载荷类型。

进一步，如上所述的针对工程实际问题的管道应力评定方法，步骤(4)中所述的分析要求标识码由分析评定要求编码和设计载荷编码组合而成，格式为W＝M×10000+N＝llmmnn×10000+iijj。

进一步，如上所述的针对工程实际问题的管道应力评定方法，步骤(6)中按照用户的计算要求，得到计算中各个载荷工况的分析要求标识码的具体方法如下：首先取得计算题目的管道等级以及计算时要考虑的各种载荷，以得到各个载荷的设计载荷编码N；然后获得本次分析采用的规范，以及规范版本，求得分析评定要求编码M；根据W＝M×10000+N，计算分析要求标识码W。

进一步，如上所述的针对工程实际问题的管道应力评定方法，步骤(6)中如果找不到对应的计算公式的计算要求编码标识时，提示用户此计算要求在此规范版本中没有定义。

本发明的有益效果如下：采用本发明所提供的方法编制程序，用户使用时，先要输入管道级别，然后只要具体指明计算的载荷类型，不用指定采用的公式号。通常一个题目中会有多个载荷，例如自重载荷、温度载荷、地震载荷等，这些题目计算评定要求一般不会改变。然后只要指定本次计算将采用的规范及其版本即可。这样带来的好处是显而易见的，如果分析时只是更改规范或是规范版本，程序可以自动进行正确的计算与评定。并可以在结果中给出做此计算采用的具体规范公式。使用此方法开发的程序，用户可以不清楚规范中的具体公式要求，只须知道分析计算的载荷类型和要采用那个规范，那个版本即可，使用方便，不易出错。

附图说明

图1为本发明的整体计算过程流程图；

图2为确定各载荷条件对应的规范公式的方法示意图；

图3为许用应力计算方法流程图；

图4为管道应力计算方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明是在对各种管道规范的深入研究后，从力学专业的视点出发，主要按照载荷类型去确定应该采用的规范条款。由载荷类型看实际的评定种类并不复杂，各个规范的各种载荷的分类差别并不大。因此本方法抓住了问题本质，从实际分析计算时的载荷类型出发，再由完成计算需要考虑的各种条件，直到最后需要得到的计算结果，给出了一种新的完成整个管道应力计算过程的分析要求定义方法。

本发明将各种管道评定规范、版本、相对于各种载荷条件，进行了分析、归类处理。然后找出其中的规律性，再在后续的评定中采用对应的公式、系数、和条件进行分析评定。

首先，管道的设计是确定的，如该管道是哪个级别的管道，是核一级、二级，还是三级管道。其次，其计算分析的载荷条件也是确定的。对于各种评定公式，如按载荷条件划分，只有特定种类的载荷评定要求，如背景技术中提到的法国规范要求。

这样可以按照管道级别和载荷类型确定与设计有关的条件，对此条件得到一个设计载荷编码N＝iijj，其中ii是管道级别，jj是载荷类型，它们各由一个两位的整数标识。通常一个计算题目会包括多个载荷工况，每个载荷会有一个设计载荷编码。

接下来，需要考虑的是对此题目将按照哪个规范，哪年代的版本进行分析评定。这可以标识为题目的分析评定要求，例如用编码M＝llmmnn来标识，其中ll是规范种类，mm是规范版本，nn可以是附加的特殊要求。

可能的管道题目计算要求可以用分析要求标识码，W＝M*10000+N，来标记。根据前面的计算要求，对于每个计算题目中的各个载荷条件都可以得到一个题目分析要求标识码W。

前面的工作把所有的计算要求都进行了编码标识，对每一个载荷计算要求，此编码是唯一的。但实际的计算公式并不都是唯一的，例如1985年的RCCM规范2级管道自重载荷时的计算要求与1977年的ASME规范2级管道自重载荷时的计算要求是一致的。

接下来，再对所有的分析要求标识码W作归类处理，找出每一个不同的计算公式对应的分析要求标识码W，把这些计算公式定义为计算要求组，组中将包括所有的相同计算公式的不同W码计算要求，并将其定义为计算要求标识ICG，每个ICG标识中可以包括了多个W。

IGC定义了成组的相同的计算公式，它只是一个编号。组中的公式是一样的，但公式中的系数通常是不一样的，它与规范或规范版本有关。

完成以上步骤后，就是实际的计算题目中需要进行的工作了。

各个运行级别下的各个载荷工况都有固定的评定公式，虽然它们是不同的但都是唯一的。而且对每个分析要求标识码W，都有一个具体的计算与评定公式。

每一个评定公式的左端项都是用于管道应力计算，它们由应力集中系数i，截面参数Z，管道内力矩Ma、Mb、Mc等计算得到。

每一个评定公式的右端项都是许用值，他们只与4个值有关，冷态的许用应力Sc，热态许用应力Sh，冷态屈服强度Sy，和许用应力强度Sm。各个公式中的不等式右端项全部是由这些值计算得到的。

有了上述这些标识，程序的执行就简单了，按照每个W标识及对应的载荷计算应力和许用应力，就可以得到最终的评定结果。

这里的规范版本的区别有时表现在具体规范系数的不同上。

实施例

如图1所示，针对工程实际问题的易用的管道应力评定方法，包括如下步骤：(图1中虚线上部为前期计算准备过程，虚线下部为实际工程计算过程)

步骤一

首先确定评定中将采用的规范，应包括所有的计划采用的规范ll。得到各规范对管道设计级别要求的区分，对核级管道分为1、2和3级的计算要求ii。

步骤二

找出执行中将要考虑的各个规范的版本，通常是年代版本，也对其进行编码mm，并确定规范中或其它的特殊要求nn。然后整理出将采用的所有规范的评定载荷清单，并对此进行分类，把所有规范中相同的载荷类型归类，得到所有的载荷类型，进行编码。如1-自重、2-温度，注意对于有小的不同点的都要区分开。这将得到所有的规范载荷分类数，和各个载荷分类编码jj。

步骤三

根据各种计算要求，求得计算要求编码，包括两部分，设计载荷编码N＝iijj和分析评定要求编码M＝llmmnn。用户的管道题目计算要求可以用分析要求标识码标记，W＝M*10000+N。这时的W编码对应于可能的所有计算要求。

步骤四

将规范中的每个计算公式归类，完全相同的公式算作一类，得到可用到的各种不同的计算公式类数，也就是公式个数，每个公式有一个编码ICG。通常条件下每个ICG公式对应于多个W分析要求。

前面的四步完成了计算的准备工作，下面的步骤是实际工程题目计算时的工作步骤。

步骤五

首先获得用户应用程序的要求，主要是管道工程题目的各种计算条件，这是管道计算的前提条件，无论采用本发明与否，只要做管道计算此步骤就是必须的。

取得管道计算题目的等级以及计算时要考虑的各种载荷，以得到各个载荷的设计载荷编码N。然后是本次分析采用的规范，以及规范版本，可以求得分析评定要求编码M。由此条件可以得到计算中各个载荷工况的分析要求码W＝M*10000+N。

步骤六

如图2所示，由每个载荷的W码，找到应该采用的计算要求标识ICG，这个ICG对应一个计算公式。每个工况的W码，都对应于一个ICG公式编码。

步骤七

有时有的规范没有相应的评定要求，例如对于厂房沉陷造成的二次应力，有的规范需要进行评定，而有的规范不需要进行评定。没有评定要求时，程序将跳过此载荷计算要求，并给出相应的提示信息。

步骤八

对每个有效的载荷计算要求，首先给出计算采用的具体评定公式。然后把后续计算相关的所有系数和中间值都计算出来。

再根据ICG的具体计算公式分别求出评定公式左端计算值和右端许用值。

许用应力的计算过程如图3所示，管道应力的计算过程如图4所示。

将计算值与允许值进行比较，给出分析结论。对于每一个载荷工况类型将上述步骤五到步骤八重复执行完，至此所有分析计算完成。

本发明用于将分析中的问题从力学分析的概念出发，将分析题目要求定义简单化。尤其适用与可能采用各种规范(如美国的ASME，还是法国的RCCM等规范)的各个不同年代不同版本(ASME规范每三年就有一次升级)时的应用。此方法可用于管道力学分析程序的编制过程，例如核电管道计算程序的编制，采用本方法研制出的程序，可以降低对程序应用人员的专业要求，减少程序使用时出错的可能性，进而提高管道力学计算工作的效率和质量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种针对工程实际问题的管道应力评定方法，包括如下步骤：

(1)确定评定中将采用的所有规范种类，以及这些规范中包括的所有管道级别；

(2)确定需要考虑的各个规范的版本，以及规范中或其它的特殊要求，进行分析评定要求编码；

(3)针对所有规范找出所有的载荷类型，把所有规范中相同的载荷类型归类，并进行设计载荷编码；

(4)根据所有规范的计算要求得到各载荷条件的分析要求标识码，所述的分析要求标识码由分析评定要求编码和设计载荷编码组合而成；

(5)根据所有规范中的计算公式归类，完全相同的公式作为一类，得到可用的各种不同的计算公式类数，找出每一个不同的计算公式对应的分析要求识别码，确定各公式的计算要求编码标识；

(6)按照用户的计算要求，得到计算中各个载荷工况的分析要求标识码，具体方法如下：首先取得计算题目的管道等级以及计算时要考虑的各种载荷，以得到各个载荷的设计载荷编码，然后获得本次分析采用的规范，以及规范版本，求得分析评定要求编码，将分析评定要求编码和设计载荷编码组合得到分析要求标识码；并根据载荷工况的分析要求标识码找到应该采用的计算公式的计算要求编码标识；

(7)根据计算要求编码标识的公式计算应力值以及对应的许用应力值，并给出评定公式与对应的规范说明；

(8)对有附加条件的题目计算要求进行附加条件的计算与评定。

2.如权利要求1所述的针对工程实际问题的管道应力评定方法，其特征在于：步骤(2)中所述的分析评定要求编码的格式为M＝llmmnn，其中，ll表示规范种类，mm表示规范版本，nn表示附加的特殊要求。

3.如权利要求1或2所述的针对工程实际问题的管道应力评定方法，其特征在于：步骤(3)中所述的设计载荷编码的格式为N＝iijj，其中，ii表示管道级别，jj表示载荷类型。

4.如权利要求3所述的针对工程实际问题的管道应力评定方法，其特征在于：步骤(4)中所述的分析要求标识码格式为W＝M×10000+N＝llmmnn×10000+iijj。

5.如权利要求1所述的针对工程实际问题的管道应力评定方法，其特征在于：步骤(6)中如果找不到对应的计算公式的计算要求编码标识时，提示用户此计算要求在此规范版本中没有定义。