管道系统动态荷载 - 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

管道系统对大小相同的动态荷载和静态荷载的响应大相径庭。静态荷载的加载缓慢,系统有足够的时间作出反应,通过内部荷载分配而保持平衡状态。在平衡状态下,所有力和力矩平衡(即,力、力矩之和都为零),管道不发生运动。

动态荷载随时间迅速变化。管道系统没有时间内部分配荷载。力和力矩不平衡,导致荷载失衡,管道发生运动。因为力、力矩之和不平衡,内部荷载不同于外加荷载,可能较高也可能较低。

软件提供了几种在动态荷载下分析不同类型系统响应的方法。每一种方法都会权衡准确性和计算要求。这些方法包括模态的固有频率计算、谐波分析、反应谱分析和时程分析。

模态固有频率分析评估管道系统的动态荷载响应趋势。系统固有频率通常不应过于接近设备的工作频率。一般来说,较高的固有频率通常比较低的固有频率引起的问题更少。CAESAR II 提供模态的固有频率计算,并生成相关振型的图形动画。

谐波(Harmonic)分析主要处理周期性动态荷载,比如往复管线流体压力脉动或设备转动引起的振动等。动态荷载以系统中某一点或多个点的集中力或位移方式来模拟。也会用到相位角,为多个荷载之间提供正确的相位关系。可以分析设备启动和操作状态下任意数量的受迫振动频率。谐波响应指管道系统经历的最大振幅,形式与静态分析相同:节点挠度和转角、局部力和力矩、约束荷载及应力。举例来说,若结果显示某个节点的 X 位移是 5.8 厘米,则周期循环激发引起的此节点动态位移是 +5.8 厘米到 -5.8 厘米。所示的应力是整个循环应力范围的一半或一个振幅。

响应谱分析允许脉冲型瞬态事件通过响应与频谱来表征。管道系统的每一种振型都与一种谱响应相关。这些模态响应和在一起就是系统响应。 将这些分析的应力与持续应力相加,并与管道规范定义的偶然应力允许值进行比较。谱分析的应用十分广泛。例如,惯性均布荷载,由地震引起的地面运动可看作位移、速度或加速度的响应谱。假设所有支撑都随着定义的地面运动而移动,而管道系统需要“追上”这些运动的支撑。这就是施加在系统上的惯性效果。定义地面运动的冲击谱可以在三个全局方向之间变化,甚至可以针对不同的支撑组(例如独立或统一的支撑运动)而变化。另一个例子以单点加载为基础。CAESAR II 用反应谱方法分析各种脉冲类瞬态荷载。安全阀荷载、水锺荷载、段塞流荷载和快关阀型荷载都会在管道系统的不同点产生单脉冲动态荷载。用力谱法能预测管道系统对这些动态力的响应。

时程分析法用动态运动方程的数值积分模拟荷载作用期间的系统响应,是最精确的方法之一。时程分析法能解决各种动态荷载,但由于其精确解的性质,时程分析法比其它方法需要更多资源(诸如:计算机内存、计算速度和计算时间等)。在谱分析法能达到足够的准确性时,不宜采用时程分析法。

管道系统的力-时间谱一般分三种:即随机谐波脉冲。 每一种谱各有首选求解方法。对这些谱和荷载类型的描述如下。