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我國(guó)化工管道設(shè)計(jì)規(guī)范中，給出了金屬管道承受內(nèi)壓管壁的3個(gè)應(yīng)力，從目前各國(guó)的管道規(guī)范看來(lái)，大多采用的是最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論，該理論能較好地符合塑性材料的破壞情況，簡(jiǎn)單可靠。但非金屬材料的應(yīng)力一應(yīng)變特性與金屬材料的應(yīng)力一應(yīng)變特性有較大差異，同時(shí)由于采用襯里后，對(duì)管道的應(yīng)力、剛度產(chǎn)生了很大影響，因此需要對(duì)有襯里管道進(jìn)行強(qiáng)度應(yīng)力有限元分析，以保證管道的正常運(yùn)行和使用壽命。
對(duì)于有襯里管道，可考慮按如下進(jìn)行簡(jiǎn)化：①襯里材料是均勻的。②襯里層與鋼管之間是緊密連接的。③設(shè)外層金屬管道為各向同性材料厚壁筒，內(nèi)層為正交異性材料薄壁筒，管道變形為平面應(yīng)變軸對(duì)稱問(wèn)題。內(nèi)襯里直管的應(yīng)力主要由兩方面組成：①管子在工作過(guò)程中由于內(nèi)壓而產(chǎn)生的應(yīng)力；②襯里和鋼管壁之間由于粘結(jié)而產(chǎn)生的粘結(jié)應(yīng)力。因此有襯里直管應(yīng)力模型可以簡(jiǎn)化為內(nèi)外受力的圓筒，其中分別為襯里外、內(nèi)壁上所受到的外力。由于襯里為正交異性材料。
一般管道為三維走向，在復(fù)雜載荷作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)是復(fù)雜的。在工程中管道承受的載荷大致可分為以下4類：①內(nèi)壓載荷：可能在幾種不同壓力、溫度組合條件下運(yùn)行的管道，應(yīng)根據(jù)最不利的壓力溫度組合確定管道的計(jì)算壓力。②持續(xù)外載：包括管道基本載荷(管子及其附件的重量、管內(nèi)介質(zhì)重量、管外保溫層的重量等)、支吊架的反力、以及其它集中和均布的持續(xù)外載。③熱脹和端點(diǎn)位移：管道由安裝狀態(tài)過(guò)渡到運(yùn)行狀態(tài)，由于管內(nèi)介質(zhì)的溫度變化，管道產(chǎn)生熱脹冷縮使之變形；與設(shè)備相連接的管道，由于設(shè)備的溫度變化而出現(xiàn)端點(diǎn)位移，也可能使管道變形。④偶然性載荷：包括風(fēng)雪載荷、地震載荷、流體沖擊及安全閥動(dòng)作而產(chǎn)生的沖擊載荷。這些載荷都是偶然發(fā)生的臨時(shí)性載荷，而且不會(huì)同時(shí)發(fā)生，在一般靜力分析中，可不考慮這些載荷。
當(dāng)管內(nèi)存在均勻分布的壓力時(shí)，在管壁上任何一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)由作用于該點(diǎn)上3個(gè)相互垂直的主應(yīng)力所決定。它們分別是沿圓周方向上的內(nèi)壓周向應(yīng)力。沿管壁直徑方向的內(nèi)壓徑向應(yīng)力，平行于軸向的內(nèi)壓軸向應(yīng)力，其中，內(nèi)壓周向應(yīng)力是隨半徑而變化的，在內(nèi)壁為最大值，外壁為最小值。內(nèi)壓徑向應(yīng)力的最大值在管內(nèi)壁，而在管外壁為零。內(nèi)壓軸向應(yīng)力與半徑無(wú)關(guān)，是沿管壁均勻分布的。
根據(jù)第三強(qiáng)度理論，其當(dāng)量強(qiáng)度為內(nèi)壓周向應(yīng)力；①內(nèi)壓周向應(yīng)力是內(nèi)壓作用于管壁，在管壁內(nèi)產(chǎn)生的周向拉應(yīng)力。當(dāng)內(nèi)壓作用于襯里材料時(shí)，由于襯里材料多為拉應(yīng)力較低，因此平衡內(nèi)壓周向應(yīng)力(拉應(yīng)力)實(shí)際是由鋼管完成的。此時(shí)鋼管由于內(nèi)壓而產(chǎn)生的周向應(yīng)力與無(wú)襯里鋼管所受周向應(yīng)力幾乎相同。②內(nèi)壓徑向應(yīng)力的最大值在內(nèi)壁(即襯里內(nèi)壁)，鋼管外壁為零，屬壓應(yīng)力。平衡此項(xiàng)應(yīng)力由襯里層和鋼管共同承擔(dān)，同時(shí)，襯里要平衡部分外部壓力所產(chǎn)生的內(nèi)力，而鋼管徑向應(yīng)力水平會(huì)下降，因此，有襯里鋼管所受內(nèi)壓徑向應(yīng)力減小。③內(nèi)壓軸向應(yīng)力是沿軸向均勻分布，屬拉應(yīng)力。在管道截面上的內(nèi)壓軸向應(yīng)力也是由襯里層和鋼管共同承擔(dān)。由于襯里材料抗拉強(qiáng)度較低，則平衡軸向應(yīng)力主要由鋼管來(lái)完成，此時(shí)鋼管因內(nèi)壓而產(chǎn)生的軸向應(yīng)力與無(wú)襯里時(shí)幾乎相同，可認(rèn)為襯里材料對(duì)鋼管所受內(nèi)壓軸向應(yīng)力的影響可忽略不計(jì)。
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