本書採用理論分析與軟體分析相結合的方法對涉及壓力管道技術問題的分析方法進行了詳細的介紹，使用了ABAQUS軟體和ANSYS Workbench 130軟體，對壓力管道進行了線性靜力分析、熱應力分析、流固耦合分析、動態分析，同時結合壓力管道的事故案例用有限元法對事故產生原因進行了分析，為避免類似事故的發生提供依據。書中所舉的案例全都是實際壓力管道或相關的實例，實用性強。 本書適合壓力管理，壓力容器設計、製造、使用、維修的工程技術人員使用，也可供高等院校相關專業師生參考。
基本介紹
- 書名：壓力管道結構有限元分析及安全技術
- 類型：科技
- 出版日期：2014年8月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：7122207196
- 作者：李振慶 劉景新
- 出版社：化學工業出版社
- 頁數：210頁
- 開本：16
- 品牌：化學工業出版社
內容簡介,圖書目錄,序言,
內容簡介
實用性強，所舉的案例都是實際生產中的真實案例，有典型代表性。
圖書目錄
第1章壓力管道概況1
1.1國內外壓力管道的安全形勢及監察體系1
1.1.1國內壓力管道安全形勢1
1.1.2壓力管道安全監察體制及工作特點3
1.2壓力管道的監察範圍及分類、構成7
1.2.1壓力管道的安全管理與監察範圍7
1.2.2壓力管道的分類7
1.2.3壓力管道的構成9
1.3壓管道安全技術的現狀及展望13
1.3.1壓力管道安全技術現狀13
1.3.2壓力管道安全技術展望21
第2章有限元概述及在壓力管道方面的套用23
2.1有限元概述23
2.1.1有限元的基本概念23
2.1.2ANSYS有限元軟體簡介25
2.1.3ABAQUS有限元軟體簡介26
2.2有限元的基礎理論28
2.2.1結構靜力學問題的有限元法28
2.2.2結構動力學問題有限元方法37
2.2.3結構非線性有限元法39
2.2.4熱傳導問題有限元法43
2.2.5流體力學分析有限元法50
第3章壓力管道的強度及應力分析55
3.1壓力管道的載荷和應力分類55
3.1.1載荷55
3.1.2應力分類55
3.1.3一般壓力管道應力需用值的限定56
3.2壓力管道的強度分析58
3.3壓力管道強度有限元分析實例63
3.3.1彎管的有限元強度分析63
3.3.2三通強度有限元分析71
3.3.3斜接彎管強度有限元72
3.3.4異徑管強度有限元分析73
3.3.5不同單元性能的比較74
第4章壓力管道振動分析76
4.1壓力管道的振源分析及振動類型76
4.2往復式機械進、出口管道的振動分析77
4.2.1平面波動理論78
4.2.2轉移矩陣79
4.2.3氣柱固有頻率與共振管長81
4.2.4氣流脈動83
4.2.5管道的固有頻率與減振85
4.3管道的動態分析實例87
4.3.1管系的頻率提取分析87
4.3.2管系瞬時模態動態分析94
第5章壓力管道焊縫的殘餘應力分析100
5.1焊縫殘餘應力的分布100
5.1.1橫向應力100
5.1.2縱向應力101
5.1.3厚板中的殘餘應力102
5.1.4圓筒縱焊縫、環焊縫中的殘餘應力104
5.2殘餘應力對管道的影響105
5.2.1殘餘應力對疲勞特性的影響106
5.2.2焊接殘餘應力對結構剛度的影響108
5.2.3焊接殘餘應力對靜載強度的影響110
5.2.4焊接殘餘應力對應力腐蝕開裂的影響110
5.2.5焊接殘餘應力的消除112
5.3焊接殘餘應力的有限元分析114
5.3.1問題描述114
5.3.2模型的創建115
5.3.3定義材料、截面屬性和裝配件116
5.3.4設定分析步117
5.3.5定義溫度場117
5.3.6定義邊界條件117
5.3.7格線劃分118
5.3.8提交分析作業119
5.3.9後處理120
第6章壓力管道的流體動力學分析122
6.1流體動力學基礎122
6.1.1理想流體運動的微分方程122
6.1.2質量守恆方程123
6.1.3動量守恆方程124
6.1.4能量守恆方程124
6.1.5湍流模型124
6.2流體動力學分析的流程125
6.3基於Fluent的彎管的流體動力學分析126
6.3.1問題描述126
6.3.2啟動Workbench並建立分析項目（Fluent）126
6.3.3導入幾何體127
6.3.4劃分格線128
6.3.5格線檢查與處理133
6.3.6設定物理模型和材料135
6.3.7設定操作環境與邊界條件136
6.3.8設定求解方法和控制參數138
6.3.9設定監視視窗和初始化139
6.3.10求解和退出141
6.3.11計算結果的後處理142
6.3.12保存與退出146
6.4基於CFX的彎管流體動力學分析147
6.4.1建立分析項目（CFX）147
6.4.2劃分格線（CFX）148
6.4.3設定格線分析類型149
6.4.4設定流體域參數150
6.4.5設定邊界條件152
6.4.6設定求解器154
6.4.7設定輸出控制155
6.4.8運行求解器157
6.4.9計算結果的後處理157
6.4.10保存與退出157
第7章壓力管道的事故分析160
7.1壓力管道的破壞形式160
7.1.1壓力管道破壞形式的分類160
7.1.2壓力管道破壞的分析方法160
7.2幾種常見壓力管道破壞形式的破壞過程161
7.2.1韌性破壞161
7.2.2脆性破壞164
7.2.3腐蝕破壞166
7.2.4疲勞破壞171
7.2.5蠕變破壞173
7.3壓力管道的事故分析174
7.3.1事故的現場處理175
7.3.2技術檢驗和鑑定176
7.3.3事故綜合分析177
7.4事故案例有限元分析180
7.4.1埋地天然氣管道斷裂故障診斷分析180
7.4.2循環流化床鍋爐過熱器爆管診斷分析184
第8章在用壓力管道的安全管理和定期檢驗188
8.1壓力管道安全管理的工作要點及主要措施188
8.1.1壓力管道管理機構與職責188
8.1.2壓力管道的檔案管理190
8.1.3壓力管道狀況分析和參數的統計191
8.2壓力管道的定期檢驗191
8.3壓力管道的檢驗方法193
8.3.1資料審查194
8.3.2巨觀檢查194
8.3.3測厚檢驗194
8.3.4無損檢測195
8.4壓力管道的定期檢驗方案最佳化及修理後檢驗199
8.4.1壓力管道的定期檢驗方案最佳化199
8.4.2壓力管道的修理後檢驗201
8.4.3壓力管道未焊透缺陷安全評定202
8.4.4壓力管道腐蝕減薄後的評價204
8.5公用管道的檢驗205
8.5.1公用管道年度檢驗的項目與要求205
8.5.2公用管道全面檢驗的項目和要求206
8.5.3管道內檢測209
參考文獻210
1.1國內外壓力管道的安全形勢及監察體系1
1.1.1國內壓力管道安全形勢1
1.1.2壓力管道安全監察體制及工作特點3
1.2壓力管道的監察範圍及分類、構成7
1.2.1壓力管道的安全管理與監察範圍7
1.2.2壓力管道的分類7
1.2.3壓力管道的構成9
1.3壓管道安全技術的現狀及展望13
1.3.1壓力管道安全技術現狀13
1.3.2壓力管道安全技術展望21
第2章有限元概述及在壓力管道方面的套用23
2.1有限元概述23
2.1.1有限元的基本概念23
2.1.2ANSYS有限元軟體簡介25
2.1.3ABAQUS有限元軟體簡介26
2.2有限元的基礎理論28
2.2.1結構靜力學問題的有限元法28
2.2.2結構動力學問題有限元方法37
2.2.3結構非線性有限元法39
2.2.4熱傳導問題有限元法43
2.2.5流體力學分析有限元法50
第3章壓力管道的強度及應力分析55
3.1壓力管道的載荷和應力分類55
3.1.1載荷55
3.1.2應力分類55
3.1.3一般壓力管道應力需用值的限定56
3.2壓力管道的強度分析58
3.3壓力管道強度有限元分析實例63
3.3.1彎管的有限元強度分析63
3.3.2三通強度有限元分析71
3.3.3斜接彎管強度有限元72
3.3.4異徑管強度有限元分析73
3.3.5不同單元性能的比較74
第4章壓力管道振動分析76
4.1壓力管道的振源分析及振動類型76
4.2往復式機械進、出口管道的振動分析77
4.2.1平面波動理論78
4.2.2轉移矩陣79
4.2.3氣柱固有頻率與共振管長81
4.2.4氣流脈動83
4.2.5管道的固有頻率與減振85
4.3管道的動態分析實例87
4.3.1管系的頻率提取分析87
4.3.2管系瞬時模態動態分析94
第5章壓力管道焊縫的殘餘應力分析100
5.1焊縫殘餘應力的分布100
5.1.1橫向應力100
5.1.2縱向應力101
5.1.3厚板中的殘餘應力102
5.1.4圓筒縱焊縫、環焊縫中的殘餘應力104
5.2殘餘應力對管道的影響105
5.2.1殘餘應力對疲勞特性的影響106
5.2.2焊接殘餘應力對結構剛度的影響108
5.2.3焊接殘餘應力對靜載強度的影響110
5.2.4焊接殘餘應力對應力腐蝕開裂的影響110
5.2.5焊接殘餘應力的消除112
5.3焊接殘餘應力的有限元分析114
5.3.1問題描述114
5.3.2模型的創建115
5.3.3定義材料、截面屬性和裝配件116
5.3.4設定分析步117
5.3.5定義溫度場117
5.3.6定義邊界條件117
5.3.7格線劃分118
5.3.8提交分析作業119
5.3.9後處理120
第6章壓力管道的流體動力學分析122
6.1流體動力學基礎122
6.1.1理想流體運動的微分方程122
6.1.2質量守恆方程123
6.1.3動量守恆方程124
6.1.4能量守恆方程124
6.1.5湍流模型124
6.2流體動力學分析的流程125
6.3基於Fluent的彎管的流體動力學分析126
6.3.1問題描述126
6.3.2啟動Workbench並建立分析項目（Fluent）126
6.3.3導入幾何體127
6.3.4劃分格線128
6.3.5格線檢查與處理133
6.3.6設定物理模型和材料135
6.3.7設定操作環境與邊界條件136
6.3.8設定求解方法和控制參數138
6.3.9設定監視視窗和初始化139
6.3.10求解和退出141
6.3.11計算結果的後處理142
6.3.12保存與退出146
6.4基於CFX的彎管流體動力學分析147
6.4.1建立分析項目（CFX）147
6.4.2劃分格線（CFX）148
6.4.3設定格線分析類型149
6.4.4設定流體域參數150
6.4.5設定邊界條件152
6.4.6設定求解器154
6.4.7設定輸出控制155
6.4.8運行求解器157
6.4.9計算結果的後處理157
6.4.10保存與退出157
第7章壓力管道的事故分析160
7.1壓力管道的破壞形式160
7.1.1壓力管道破壞形式的分類160
7.1.2壓力管道破壞的分析方法160
7.2幾種常見壓力管道破壞形式的破壞過程161
7.2.1韌性破壞161
7.2.2脆性破壞164
7.2.3腐蝕破壞166
7.2.4疲勞破壞171
7.2.5蠕變破壞173
7.3壓力管道的事故分析174
7.3.1事故的現場處理175
7.3.2技術檢驗和鑑定176
7.3.3事故綜合分析177
7.4事故案例有限元分析180
7.4.1埋地天然氣管道斷裂故障診斷分析180
7.4.2循環流化床鍋爐過熱器爆管診斷分析184
第8章在用壓力管道的安全管理和定期檢驗188
8.1壓力管道安全管理的工作要點及主要措施188
8.1.1壓力管道管理機構與職責188
8.1.2壓力管道的檔案管理190
8.1.3壓力管道狀況分析和參數的統計191
8.2壓力管道的定期檢驗191
8.3壓力管道的檢驗方法193
8.3.1資料審查194
8.3.2巨觀檢查194
8.3.3測厚檢驗194
8.3.4無損檢測195
8.4壓力管道的定期檢驗方案最佳化及修理後檢驗199
8.4.1壓力管道的定期檢驗方案最佳化199
8.4.2壓力管道的修理後檢驗201
8.4.3壓力管道未焊透缺陷安全評定202
8.4.4壓力管道腐蝕減薄後的評價204
8.5公用管道的檢驗205
8.5.1公用管道年度檢驗的項目與要求205
8.5.2公用管道全面檢驗的項目和要求206
8.5.3管道內檢測209
參考文獻210
序言
壓力管道是生產、生活中廣泛使用的可能引起爆炸或中毒等危險性較大的特種設備。壓力管道分布極廣，凡是流體輸送的場合一般都用壓力管道。石油、天然氣的長距離輸送，城鎮燃氣和公用動力蒸汽的輸送，各種石油、化工工業生產裝置等都使用大量管道。確保壓力管道安全使用，對保障人民生命和國家財產的安全具有特殊的意義。有限元法是隨著計算機技術的進步而被廣泛套用到工程上的一種分析方法，大型通用有限元分析軟體的出現和高性能計算機的普及極大地促進了有限元法在工程上的套用，有限元法能對幾乎所有的工程問題進行分析，並得到比較準確的結果。在已經出版的大量介紹有限元分析軟體使用方法的資料或書籍中將有限元理論、軟體使用、結構分析與評價等內容有機地結合起來，面向工程套用的書籍尚不多見，而實際分析工作中顯然涉及這些內容。隨著技術的進步，對壓力管道的安全監察要求越來越高，對壓力管道使用過程中出現的各種缺陷及失效形式需要從不同的角度進行解釋和判斷。
本書中所舉的案例全都是壓力管道或與壓力管道相關的例子，同時本書對壓力管道安全技術方面的內容也進行了比較全面的闡述。有限元法作為一種通用的工具，本書中採用的有限元分析法也可以套用到其他工程領域。本書對有限元分析過程有非常詳細的介紹和分析，非常適合技術人員學習有限元軟體的使用。
本書採用理論分析與軟體分析相結合的方法對涉及壓力管道的問題的分析方法進行了詳細的介紹。本書使用了ABAQUS軟體和ANSYS Workbench 13.0軟體，對壓力管道進行了線性靜力分析、熱應力分析、流固耦合分析、動態分析，同時結合壓力管道的事故案例用有限元法對事故產生原因進行了分析，為避免類似事故的發生提供依據。
鑒於編者水平所限，不足之處在所難免，懇請讀者批評指正。
編者
本書中所舉的案例全都是壓力管道或與壓力管道相關的例子，同時本書對壓力管道安全技術方面的內容也進行了比較全面的闡述。有限元法作為一種通用的工具，本書中採用的有限元分析法也可以套用到其他工程領域。本書對有限元分析過程有非常詳細的介紹和分析，非常適合技術人員學習有限元軟體的使用。
本書採用理論分析與軟體分析相結合的方法對涉及壓力管道的問題的分析方法進行了詳細的介紹。本書使用了ABAQUS軟體和ANSYS Workbench 13.0軟體，對壓力管道進行了線性靜力分析、熱應力分析、流固耦合分析、動態分析，同時結合壓力管道的事故案例用有限元法對事故產生原因進行了分析，為避免類似事故的發生提供依據。
鑒於編者水平所限，不足之處在所難免，懇請讀者批評指正。
編者
