II在管道應力分析中的比較(精)

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\hAutoPSA與CAESARII在管道應力分析中的比較張書俊李國斌陳百煉(長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司湖南長沙410013) 摘要：結合實際的工程例題，比較了AutoPSA與CAESARII的計算結果?？紤]到管道靜力分析中的難點如單向約束、埋地管道等問題，探討了AutoPSA的非線性分析功能。針對管道動力分析中的模態(tài)分析、諧波分析、譜分析、時間歷程分析，采用合適的方法保證了AutoPSA分析結果的穩(wěn)定可靠。在管道應力分析中，AutoPSA精度很高、通用性強，能夠滿足電力、石化、化工等行業(yè)的工程應用。算例表明AutoPSA與CAESARII分析結果非常吻合，并在某些方面有所超越。關鍵詞：管道應力分析；單向約束；埋地管道；模態(tài)分析；諧波分析；譜分析；時間歷程分析中圖分類號：TU4 文獻標識號：BPipestressanalysiscomparisonbetweenAutoPSAandCAESARIIZHANGShu-junCHENBai-lianLIGuo-bin(UESoftCorp.,Changsha410013China)Abstract:theresultsofAutoPSAandCAESARIIiscomparedwithsomeactualengineeringexamples.Thepaperalsoprovidethecomparisonresultaboutnonlinearanalysissuchassingle-directionalrestraintsandburiedpipemodeling.Consideringthemodalanalysis,harmonicanalysis,spectrumanalysisandtimehistoryanalysisinpipestressanalysis,suitabletechniquewasappliedtoincreasetheefficiencyandstabilityofdynamicanalysis.AutoPSAisaccurateanduniversal,thussuitableforengineeringapplicationinpower,oilandgas,chemicalindustry,et.TheresultsofevaluatedexamplesdemonstratethatAutoPSAiscomparablewithCAESARII,andexceedthelatterinsomedomain.Keywords:Pipestressanalysis;Single-directionalrestraint;BuriedPipe;Dynamicanalysis前言2002年12月21日長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司開發(fā)成功優(yōu)易管道應力分析程序AutoPSA1.0并向市場推出，此后持續(xù)不斷改進，直到目前推出最新版AutoPSA7.0。AutoPSA7.0以前的版本，它的輸入格式、輸出格式兼容中國電力行業(yè)最流行的管道應力分析程序GLIFv3.1，與GLIF的最大計算誤差低于千分之一，通過中國勘察設計協(xié)會工程設計計算機應用協(xié)會組織的有國內電力、化工行業(yè)權威應力分析專家參加的鑒定ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李國斌</Author><Year>2005</Year><RecNum>2</RecNum><record><rec-number>2</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李國斌</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">優(yōu)易管道設計集成軟件包的主要特點(1)</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">熱機技術</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>熱機技術</full-title></periodical><pages><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">57-62</style></pages><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">3</style></volume><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2005</style></year><pub-dates><date><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2005-9</style></date></pub-dates></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>李國斌</Author><Year>2005</Year><RecNum>3</RecNum><record><rec-number>3</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李國斌</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">優(yōu)易管道設計集成軟件包的主要特點(2)</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">熱機技術</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>熱機技術</full-title></periodical><pages><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">66-70</style></pages><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">4</style></volume><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2005</style></year><pub-dates><date><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2005-12</style></date></pub-dates></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>李國斌</Author><Year>2005</Year><RecNum>2</RecNum><record><rec-number>2</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李國斌</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">優(yōu)易管道設計集成軟件包的主要特點(1)</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">熱機技術</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>熱機技術</full-title></periodical><pages><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">57-62</style></pages><volume><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">3</style></volume><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2005</style></year><pub-dates><date><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2005-9</style></date></pub-dates></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1,2]，深受廣大用戶歡迎和好評。AutoPSA7.0仿照CAESARII算法體系對軟件的結構和功能進行了非常大的改進，工況可以自動組合。它實現(xiàn)了單向約束、埋地管道、摩擦力等非線性靜力分析、補償器計算及用戶渴望的動力分析功能，一舉達到世界先進水平。AutoPSA7.0同時繼續(xù)提供對GLIFv3.1計算方式和結果的兼容支持。AutoPSA7.0是中國自主知識產(chǎn)權第一個能進行動力分析且被大量使用的管道應力分析軟件，徹底打破了美國在應力分析軟件領域的壟斷。該軟件上市以來，以其計算準確、結構完善、邏輯嚴密、使用方便，迅速影響了中國電力、冶金、有色、輕工、石油化工等設計行業(yè)和電廠、電力試驗研究所等企業(yè)的市場。AutoPSA7.0同時提供準確仿CAESARII算法和仿GLIF算法的做法，給中國用戶帶來了巨大的方便。因為,對那些不信任GLIF的客戶，他們可以從AutoPSA7.0迅速獲得CAESARII的兼容結果以便對照；而那些懷疑CAESARII的客戶，也可以立刻計算出GLIF兼容結果比對。AutoPSA7.0這種全球獨一無二的應力分析軟件模式，對業(yè)界產(chǎn)生了強烈的沖擊。本論文自2006年8月4日在優(yōu)易軟件公司網(wǎng)站提供下載以來，受到各大網(wǎng)絡媒體廣泛關注，百度、網(wǎng)易土木在線、中國電機工程學會、暖通空調網(wǎng)、中國能源網(wǎng)、中國供水網(wǎng)、鍋爐信息網(wǎng)、仿真論壇等30多家專業(yè)網(wǎng)絡媒體紛紛收錄轉載。2006年10月27日-28日，論文作者被邀請參加由中國電機工程學會和中國電力投資集團公司聯(lián)合主辦在青島召開的“超超臨界火電技術協(xié)作網(wǎng)第二屆年會”，論文被張貼展出。本文簡要介紹了AutoPSA7.0的新增功能和實現(xiàn)方法，就具體的管道實例進行了應力分析，并與CAESARII、ANSYS的計算結果進行了對比，顯示了AutoPSA7.0的強大功能。非線性靜力分析靜力分析的前兩個工況一般默認為重力工況(W)和熱態(tài)無彈簧力工況(W+D1+T1+P1)，用于彈簧選型。AutoPSA7.0支持冷態(tài)吊零和熱態(tài)吊零，并提供了國內外15種彈簧標準數(shù)據(jù)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司CAE部</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司</style><styleface="normal"font="default"size="100%">CAE</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">部</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">優(yōu)易管道應力分析軟件</style><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="TimesNewRoman"size="100%">utoPSA7.0</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">用戶指南</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2006</style></year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司</style></publisher><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司CAE部</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司</style><styleface="normal"font="default"size="100%">CAE</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">部</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">優(yōu)易管道應力分析軟件</style><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="TimesNewRoman"size="100%">utoPSA7.0</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">用戶指南</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2006</style></year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司</style></publisher><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司CAE部</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司</style><styleface="normal"font="default"size="100%">CAE</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">部</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">優(yōu)易管道應力分析軟件</style><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="TimesNewRoman"size="100%">utoPSA7.0</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">用戶指南</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2006</style></year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]。AutoPSA7.0可以進行位于兩管間的支吊架設計（使用關聯(lián)節(jié)點）、支吊點附近有固支的支吊架設計（使用約束釋放），而且能夠模擬帶摩擦的彈簧支架。AutoPSA7.0支持各種約束，包括非線性約束如單向約束、導向、限位、窗口等，通過使用關聯(lián)節(jié)點能夠實現(xiàn)更復雜的約束情況如約束沉降、管道之間的約束、容器和管模型之間約束等。用戶也可以輸入約束方向，模擬斜雙向約束和斜單向約束。彎頭可以在任意角度增加中間節(jié)點，并在該節(jié)點處施加荷載或約束，從而可以模擬彎頭上的垂直假腿和水平假腿。AutoPSA7.0的膨脹節(jié)模塊可以快速而準確地模擬許多不同的膨脹節(jié)元件，如拉桿波紋補償器、角向型補償器等，而且與其它模塊結合可以實現(xiàn)更復雜的功能，如與雙線性約束結合可以用來模擬塑性鉸。 需要指出的是，CAESARII并不支持中國標準，材料參數(shù)和應力驗算方式的差異給計算結果的對比造成不便。AutoPSA7.0除全面支持中國電力行業(yè)標準、中國國家標準和其他行業(yè)標準外，還支持美國機械工程師協(xié)會ASMEB31系列標準。鑒于此，本文的材料參數(shù)以及規(guī)范應力都是基于ASMEB31.1-2001版的比較。支吊架選型鍋爐主蒸汽管道如圖1所示，材料采用10CrMo910，工作溫度為540度，壓力為13.632MPa，有3個冷緊口,詳細參數(shù)見文獻ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司CAE部</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司</style><styleface="normal"font="default"size="100%">CAE</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">部</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">優(yōu)易管道應力分析軟件</style><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="TimesNewRoman"size="100%">utoPSA7.0</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">用戶指南</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2006</style></year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司</style></publisher><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司CAE部</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司</style><styleface="normal"font="default"size="100%">CAE</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">部</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">優(yōu)易管道應力分析軟件</style><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="TimesNewRoman"size="100%">utoPSA7.0</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">用戶指南</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2006</style></year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司</style></publisher><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司CAE部</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司</style><styleface="normal"font="default"size="100%">CAE</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">部</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">優(yōu)易管道應力分析軟件</style><styleface="normal"font="default"size="100%">A</style><styleface="normal"font="TimesNewRoman"size="100%">utoPSA7.0</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">用戶指南</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2006</style></year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">長沙優(yōu)易軟件開發(fā)有限公司</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]。設計支吊架，得到的支吊架表與CAESARII、GLIF的對比見表1。表中每個支吊點的第一行為AutoPSA計算結果，用粗體字表示；第二行為CAESARII計算結果；第三行為GLIF計算結果，用斜體字表示?？梢钥闯觯珹utoPSA的彈簧選型結果與CAESARII完全相同，而與GLIF有一定差別。GLIF計算所得的工作荷載與前兩者差別不太大，但熱位移的差別非常大，最大差值接近38mm。非線性約束為考察非線性分析功能，在節(jié)點10270施加間隙為3mm的雙向限位，相當于在Y軸方向施加了兩個單向約束，屬于非線性接觸問題。在操作（OPE）工況下，使用AutoPSA得到的節(jié)點位移與CAESARII的對比如表2所示，為減少篇幅，只引用了絕對值較大的幾組數(shù)，本文以后的算例也是如此。一般來說，非線性約束特別是接觸問題由于迭代次數(shù)多，收斂比較困難，比線性分析誤差要大。從表中可以看出，兩者位移結果的還是非常接近，絕對誤差小于0.24mm。圖1鍋爐管道模型圖1鍋爐管道模型圖2埋地管道模型圖3受諧波荷載激勵的管道模型圖3受諧波荷載激勵的管道模型圖4受安全閥排汽荷載激勵的管道模型表1支吊架選型及位移、荷載表支吊點并聯(lián)數(shù)類型彈簧號垂直位移(mm)工作荷載(N)安裝荷載(N)11ZH113-16.57727314212431ZH113-16.58127318212471ZH113-13274452255321ZH313-53.00324666181961ZH313-53.07124664181871ZH213-36271721759941ZH413-86.27327181192821ZH413-86.40327175192661ZH313-6027362200565恒力彈簧-108.76636024恒力彈簧-108.940360262ZH412-71360262628862ZH311-56.04115229113812ZH311-56.21915290114302ZH111-18152451148982ZH111-4.67215240142772ZH111-4.85415287142872ZH21233152451980892ZH31248.05315430198302ZH31247.8671543519817恒力彈簧8615438101ZH11414.36126361334051ZH11414.39826320333811ZH214322640334273111ZH113-14.83424035186021ZH113-14.75924242188381ZH113-102434020839132ZH110-15.5901132189152ZH110-15.5971132489172ZH110-16111408704151ZH37-53.569487337061ZH37-53.687487837081ZH27-3348763803161ZH19-15.142733955801ZH19-15.209732855611ZH19-373597030171ZH19-0.408794979011ZH19-0.416801579671ZH19179728121表2非線性約束位移值比較節(jié)點號X向位移(mm)Y向位移(mm)Z向位移(mm)AutoPSACAESARIIAutoPSACAESARIIAutoPSACAESARII316.52616.489-51.370-51.384-51.488-51.5025-18.239-18.294-74.744-74.740-118.994-118.9926-20.594-20.573-22.009-22.010-132.530-132.4597-19.277-19.205-176.999-176.999-133.776-133.6568-14.651-14.675-150.602-150.612-132.470-132.4181000-44.908-45.003-32.395-32.450-107.135-107.36610080-17.802-17.864-82.279-82.274-115.555-115.55910270-19.415-19.3423.0003.000-133.781-133.66110280-56.043-56.057-30.493-30.541-128.563-128.796埋地管道應力分析 AutoPSA7.0的埋地管道模塊，界面操作非常方便，無需像CAESARII在兩個文件之間來回切換，通過界面的復選框就可以決定是否考慮埋地效應?？疾斓墓芟等鐖D2所示，除10-11管段外，其余管段埋地，埋地深度均為3.6576m(12ft)，詳細參數(shù)見文獻ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Piping</Author><RecNum>12</RecNum><record><rec-number>12</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>ASMECodeforPressurePiping</author><author>B31.1</author><author>PowerPiping</author></authors></contributors><titles></titles><dates></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]。在操作（OPE）工況下，使用AutoPSA得到的彎曲應力與CAESARII的對比見表3。埋地管道的彎曲應力主要是由溫度荷載引起的，兩種軟件計算結果的相對誤差小于0.68%。表3埋地管道的彎曲應力起點號末點號起點彎曲應力(kPa)末點彎曲應力(kPa)AutoPSACAESARIIAutoPSACAESARII1011183662183786163716163826112016371616382618903818777120306768367229281915281820304010093610090100模態(tài)分析 大型的結構振動如工業(yè)管道，系統(tǒng)自由度較多，但只有少數(shù)較低階的頻率和相應的模態(tài)振型對系統(tǒng)的動力響應起主要作用。因此在有限元分析中，發(fā)展了一些適應上述特點的解法，其中應用較廣泛的是矩陣反迭態(tài)法和子空間迭代法。近年來，里茲向量直接疊加法和Lanczos方法由于具有更高的計算效率，引起有限元工作者廣泛的興趣。AutoPSA7.0采用里茲向量直接疊加法，它與Lanczos方法的精度和效率基本相當，一般情況下，和子空間迭代法相比，常?？梢允褂嬎愎ぷ髁繙p少一個量級ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王勖成</Author><Year>2003</Year><RecNum>8</RecNum><record><rec-number>8</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王勖成</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">有限單元法</style></title></titles><dates><year>2003</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">清華大學出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]。此外，它克服了Lanczos方法由于計算機截斷誤差和舍入誤差而造成的不穩(wěn)定性，例如丟根、虛假的多重特征值現(xiàn)象。在AutoPSA7.0中輸入需要計算的最大階數(shù)或截止頻率，就可以得到前幾階較低的頻率和相應的振型。同時還可以通過在管系中加入質量塊、減振器改善管系的動態(tài)性能。對圖1的管系進行模態(tài)分析，得到的前8階頻率與CAESARII的對比如表4所示?？梢钥闯觯瑑烧呦鄬φ`差小于0.27%，起始頻率則完全一致。表4低階頻率值(Hz)頻率階數(shù)12345678AutoPSA0.6450.7541.3661.6442.0892.3342.5813.038CAESARII0.6450.7561.3671.6452.0922.3362.5853.042諧波分析 對于管道系統(tǒng)，最常見的振動是往復壓縮機和往復泵管道的振動。這種往復運動，常常可以用正弦形式的力或位移來表示，稱之為諧波荷載。諧波分析把振動問題轉化為一個簡單的靜力求解過程，盡可能使用該方法會帶來很大的方便。AutoPSA7.0支持多個諧波荷載同時作用于管道系統(tǒng)，包括諧波力和諧波位移，以及有阻尼的情況。另外，可以計算頻率、相位不同的多個諧波荷載的組合問題，使用頻率增量考察共振現(xiàn)象。圖3所示的管系，分別在節(jié)點8和節(jié)點13施加頻率為120Hz的諧波荷載，詳細的參數(shù)見文獻ADDINEN.CITE<EndNote><CiteExcludeYear="1"><Author>Guide</Author><RecNum>9</RecNum><record><rec-number>9</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>CAESARIIApplicationsGuide</author></authors></contributors><titles><title>COADEEngineeringSoftwareInc</title></titles><dates></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6]。由于120Hz振動落在結構共振頻率115Hz和137Hz之間，扭轉振型極有可能被激勵。使用AutoPSA得到的扭轉應力與CAESARII的對比如表5所示。雖然CAESARII結果的有效位數(shù)較少，但兩者的相對誤差仍小于0.13%。表5諧波荷載引起的扭轉應力起點號末點號起點扭轉應力(kPa)末點扭轉應力(kPa)AutoPSACAESARIIAutoPSACAESARII1511258.6481257-1258.648-125778-543.303-543543.3035431011-892.392-892892.3928921621258.8531258-1258.853-1258反應譜分析 地震荷載、安全閥排氣荷載、水錘和栓塞流荷載引起的管道振動，可以采用反應譜方法來分析。反應譜方法首先根據(jù)各種規(guī)范或工程參數(shù)設計出反應譜曲線，再用諸如位移譜、速度譜、加速度譜、力譜等計算結構的最大慣性力作為結構的等效動力荷載，然后按照靜力方法進行管道應力分析。反應譜方法實質上是一種擬靜力方法，與傳統(tǒng)的結構設計方法比較接近，使用簡單方便，能夠在一定程度上代表動力荷載對結構的作用，在世界各國得到了廣泛的應用。AutoPSA7.0能夠計算位移反應譜、速度反應譜、加速度反應譜和力反應譜，可以考察地震、安全閥排汽、水錘和栓塞流等各種動力荷載對管道系統(tǒng)的作用。管道系統(tǒng)為多自由度體系，AutoPSA7.0提供了多種反應譜振型組合方法，如平方和的平方根法（SRSS）、雙求和方法（DSRSS）、絕對值法（ABS）、分組方法（GROUP）和百分之十法（10%）。 考察圖4所示的管系，在節(jié)點65處施加安全閥排汽荷載，具體的參數(shù)詳見文獻ADDINEN.CITE<EndNote><CiteExcludeYear="1"><Author>Guide</Author><RecNum>9</RecNum><record><rec-number>9</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>CAESARIIApplicationsGuide</author></authors></contributors><titles><title>COADEEngineeringSoftwareInc</title></titles><dates></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6]。使用AutoPSA得到的規(guī)范應力與CAESARII的對比如表6所示。可以看出，兩者之間的誤差非常小。表6安全閥排汽荷載作用下的規(guī)范應力起點號末點號起點規(guī)范應力(kPa)末點規(guī)范應力(kPa)AutoPSACAESARIIAutoPSACAESARII569007.590568743.58788610152861458014982.5142811115200231907620115.519166162017968.51713017242164424050277522770323799.5237046570212302113523001.522967時間歷程分析 在動力響應過程中，持續(xù)時間對管系的破壞也有很大的影響，而反應譜方法卻未能考慮到這些。同時，反應譜曲線是從單質點體系得到的，其用組合方法計算多質點體系并不能得到結構的真實位移和內力，因此還需要發(fā)展其他的動力響應分析方法，比如我國新抗震規(guī)范就要求用時間歷程分析方法作為抗震計算的補充方法ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>包世華</Author><Year>1990</Year><RecNum>7</RecNum><record><rec-number>7</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">包世華</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">方鄂華</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">高層建筑結構設計</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">1990</style></year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">清華大學出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[7]。在有限元時間歷程分析中，求解方法分為兩類，即振型疊加法和直接積分法。振型疊加法先把系統(tǒng)分解為非耦合的單自由度振動方程，可以采用杜哈梅積分得到系統(tǒng)響應。由于只積分較低階的少數(shù)單自由度運動方程，即使積分是精確的，最后得到的系統(tǒng)響應也將因忽略高階振型的成分而引入誤差ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王勖成</Author><Year>2003</Year><RecNum>8</RecNum><record><rec-number>8</rec-number><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王勖成</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">有限單元法</style></title></titles><dates><year>2003</year></dates><pub-location><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京</style></pub-location><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">清華大學出版社</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]。Newmark方法是隱式穩(wěn)定的直接積分方法，在有限元動力分析中被廣泛采用。AutoPSA7.0采用HHT方法，在保證穩(wěn)定可靠的前提下，進一步改善了Newmark方法在高頻模態(tài)方面的計算精度ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>J.</Author><Year>1993</Year><RecNum>5</RecNum><record><rec-number>5</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>ChungJ.</author><author>HulbertG.M</author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">ATimeIntegrationAlgorithmforStructuralDynamicswithImprovedNumericalDissipation:TheGeneralized-</style><styleface="normal"font="default"charset="161"size="100%">αMethod</style></title><secondary-title>JournalofAppliedMechanics</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofAppliedMechanics</full-title></periodical><pages>371</pages><volume>60</volume><dates><year>1993</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>J.</Author><Year>1993</Year><