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CAESAR II2011管道分析软件是一款由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件，它既可以分析计算静态分析，也可进行动态分析。CAESARII 向用户提供完备的国际上的通用管道设计规范，软件使用方便快捷，模型一旦建成，自动错误检查将检查你的输入。软件功能输入和建模◇交互式图形输入，使用户更直观地查看模型。CAESARII支持单线图、双线图、线框图和实体图。◇扩充的在线帮助。对每一个输入区域都提供了方便的、相关的信息。CAESARII不仅对专家而且对新手都提供了许多有价值的信息。◇丰富的约束类型。包括是否有附加位移的固支；单向或双向作用的平动、转动；双线性作用的平动；导向和限位架；带摩擦的支撑等等。◇用户可修改材料，包括随温度变化的许用应力。◇内置阀门库、弹簧库、膨胀节库和法兰库，并且允许用户扩展自己的库。◇钢结构建模，帮助用户建立边界条件，提供多种钢结构数据库。◇交互式的列表编辑输入格式。用户可查看和编辑多个单元数据，因为具有块编辑特性，例如旋转、复制、影射，删除和节点重新编号，用户经常使用这种功能。◇用户控制和选择的程序运行方式。用户完全控制如何计算和进行错误检查。◇玻璃纤维管（FRP）的建模和分析。◇自动的膨胀节建模。调用膨胀节供应商提供的数据库建立膨胀节的相关参数。◇其它的输入和建模包括：-?冷紧单元。-?弯头，三通应力强度因子（SIF）的计算。-?多任务批处理功能。-?英制/公制/国际单位制的转换，用户可定义自己的单位。静态分析CAESARII进行静态分析时通常使用软件推荐的荷载工况来满足管道规范应力要求。对于特殊情况，用户可改变荷载工况，增加或减少载荷工况。目前，CAESARII软件最多可定义99个不同的载荷工况。CAESARII允许分析管道和钢结构一体的复合模型，用户可得到管道-钢结构非线性作用计算和图形结果。◇自动错误检查。◇自动或用户定义载荷工况。在模型中使用定义的载荷分量所推荐的载荷工况来满足所选择的管道规范。如果程序推荐的分析不能满足，你可以建立自己的载荷工况。◇弹簧设计选择。程序提供许多制造商的弹簧库。CAESARII允许在多个热工况下，选择冷态或热态吊零，使用标准或扩充的载荷范围来选择弹簧。它根据建议的操作和安装位置从弹簧制造商提供的弹簧库中选择合适的弹簧支架。◇ASCE风载的生成。程序根据ASCE#7或用户自己定义的风压或风速数据自动作用和分析风载荷。◇考虑热弯曲。提供考虑热梯度的影响。◇管嘴柔性和应力的计算。程序包括WRC297、API650和BS5500定义的管嘴柔性，它根据WRC297、WRC107和ASME Section VIII Division2 计算管嘴和容器应力。◇法兰泄漏及应力。程序包括简单的法兰泄露检查，根据ANSI B16.5和ASME Section VIII Division1计算应力、评估法兰荷载。◇设备荷载检查。程序包括如下标准：蒸汽轮机NEMA SM23、离心泵API 610、离心式机API 617、封闭式供水加热器HEI和空冷热交换器API661等标准。动态分析输入动态分析所需的参数，如不均匀质量、强迫振动、减振器和频谱定义。你可以使用内置的地震频谱或用户自己定义反应谱。动态分析功能包括：◇振型和自然频率的计算。通过评价系统振动振型，可以检查或避免许多操作问题以节省时间。◇谐振力和位移。评价一个阻尼系统在谐振力或位移下的振动响应以模拟机械和声学的振动。◇地震反应谱分析和独立支承运动（包括固支运动）。包括独立支承运动以及NRC和UBC地震谱。程序缺省采用的是标准计算方法，用户也可自己定义计算方法。◇力频谱分析。允许一般冲击载荷，例如水锤、蒸汽锤以及安全阀泄放的计算，它可以把随时间变化的载荷转变成对应的频率响应数据。◇时程分析。当动载荷作用的时间被定义时，程序提供作用时间内的系统精确完全的分析响应。◇动态响应的动画显示。在检查动态问题时动态显示振型是一个非常有用的工具。CAESARII也可动态显示时程分析的结果。◇丢失质量/力的修正。通过估计系统高频率模态响应来改善动态解的正确度。◇动静混合工况。允许用户任意组合动态和静态载荷以合理地满足管道规范要求的临时载荷。◇安全阀荷载的合成和力频谱的计算。计算动态推力载荷和提高瞬态压力。◇数据接口界面。从LIQT和AFT计算的结果可自动转变为CAESARII可使用的响应谱数据。安装方法1) 打开CAESARII_2011文件夹，双击setup.exe安装 CAESAR II。安装序列号为：55，选绿狗进行安装（Green……）；2) 到SetupESL文件夹中，双击SetupESL.exe安装ESL Drivers，选绿狗进行安装（Green USB……）；3) 安装升级包C2_530_110830.4) 将crack文件夹中的exe和 (如果是XP系统，把RunWRC-XP.rar解压，如果是win7的就解压RunWRC-WIN7.rar)全部复制到C:\Program Files\Intergraph CAS\CAESAR II 5.30，覆盖原文件；5) 启动CAESAR II 2011，程序自动弹出你的电脑ID,鼠标点在对话框上，按Ctrl+C复制。
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CAESAR II2011管道分析软件 V5.30.2免费中文版
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管系动力分析实际包含两方面的内容，即管内流体固有频率和压力不均匀度的计算，管系结构固有频率和动力响应的计算。减小压力脉动可以降低激振力的幅值，避免过大的振动位移;但有时，尽管压力脉动很小，由于管系结构接近机械共振状态，仍能引起较大的机械振动。因此，设计过程中，除了对压力脉动进行分析，还应对管系结构振动进行分析，计算调整管系结构的固有频率，使其避开机械共振，验算管系在压力脉动作用下的振动位移和应力，使其在允许范围内。
对于压缩机出口管道，管系结构的最低阶固有频率不得低于8Hz。对管系固有频率的控制，国外公司比国内的更严格，一般要求固有频率不低于机器激振频率的2倍，在做分析中，至少将管系固有频率控制在机器激振频率的1.2倍以上
1&分为两种情况:
设计好的管道振动--要解决振动问题;设计新系统--防止振动发生.
2.管道系统有机械频率(即本征频率),和你管道的刚度,质量有关,越柔软的管道,稳定性差,一阶本征频率会很低.
]管道内流体,也有气(液柱)频率,这是流体的特性/管道走向/连接的设备大小决定的.如果流体频率和管道机械频率一致,就会共振发生.
3 流体对的作用主要有水锤/汽锤/对管道的冲击影响;
往返压缩机流体脉动,谐振管道,转动设备,会导致设备振动,诱发管道振动;附近大型其他设备的激振
4.往往设备信息很难获得导致分析不是很
对于管道系统，最常见的振动是往复压缩机和往复泵管道的振动。这种往复运动，常常可以用正弦形式的力或位移来表示，称之为谐波荷载。谐波分析把振动问题转化为一个简单的静力求解过程，尽可能使用该方法会带来很大的方便。
AutoPSA7.0支持多个谐波荷载同时作用于管道系统，包括谐波力和谐波位移，以及有阻尼的情况。另外，可以计算频率、相位不同的多个谐波荷载的组合问题，使用频率增量考察共振现象。但两者的相对误差仍小于0.13%
CAESARII内置多种动态分析模块以模拟各种动载荷所引发的力学问题
往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析-----防止气（液）柱共振；（模态分析）
往复压缩机（泵）管道压力脉动分析-----控制压力脉动值
谐振分析）管道固有频率分析-----防止管道系统共振；
管道强迫振动响应分析-----控制管道振动及应力；
冲击荷载作用下管道应力分析-----防止管道振动和应力过大；（响应谱或时程分析）
管道**分析-----防止管道**力过大。（响应谱或时程分析）
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CAESAR II2011管道分析软件是一款由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件，它既可以分析计算静态分析，也可进行动态分析。CAESARII 向用户提供完备的国际上的通用管道设计规范，软件使用方便快捷，模型一旦建成，自动错误检查将检查你的输入。软件功能输入和建模◇交互式图形输入，使用户更直观地查看模型。CAESARII支持单线图、双线图、线框图和实体图。◇扩充的在线帮助。对每一个输入区域都提供了方便的、相关的信息。CAESARII不仅对专家而且对新手都提供了许多有价值的信息。◇丰富的约束类型。包括是否有附加位移的固支；单向或双向作用的平动、转动；双线性作用的平动；导向和限位架；带摩擦的支撑等等。◇用户可修改材料，包括随温度变化的许用应力。◇内置阀门库、弹簧库、膨胀节库和法兰库，并且允许用户扩展自己的库。◇钢结构建模，帮助用户建立边界条件，提供多种钢结构数据库。◇交互式的列表编辑输入格式。用户可查看和编辑多个单元数据，因为具有块编辑特性，例如旋转、复制、影射，删除和节点重新编号，用户经常使用这种功能。◇用户控制和选择的程序运行方式。用户完全控制如何计算和进行错误检查。◇玻璃纤维管（FRP）的建模和分析。◇自动的膨胀节建模。调用膨胀节供应商提供的数据库建立膨胀节的相关参数。◇其它的输入和建模包括：-?冷紧单元。-?弯头，三通应力强度因子（SIF）的计算。-?多任务批处理功能。-?英制/公制/国际单位制的转换，用户可定义自己的单位。静态分析CAESARII进行静态分析时通常使用软件推荐的荷载工况来满足管道规范应力要求。对于特殊情况，用户可改变荷载工况，增加或减少载荷工况。目前，CAESARII软件最多可定义99个不同的载荷工况。CAESARII允许分析管道和钢结构一体的复合模型，用户可得到管道-钢结构非线性作用计算和图形结果。◇自动错误检查。◇自动或用户定义载荷工况。在模型中使用定义的载荷分量所推荐的载荷工况来满足所选择的管道规范。如果程序推荐的分析不能满足，你可以建立自己的载荷工况。◇弹簧设计选择。程序提供许多制造商的弹簧库。CAESARII允许在多个热工况下，选择冷态或热态吊零，使用标准或扩充的载荷范围来选择弹簧。它根据建议的操作和安装位置从弹簧制造商提供的弹簧库中选择合适的弹簧支架。◇ASCE风载的生成。程序根据ASCE#7或用户自己定义的风压或风速数据自动作用和分析风载荷。◇考虑热弯曲。提供考虑热梯度的影响。◇管嘴柔性和应力的计算。程序包括WRC297、API650和BS5500定义的管嘴柔性，它根据WRC297、WRC107和ASME Section VIII Division2 计算管嘴和容器应力。◇法兰泄漏及应力。程序包括简单的法兰泄露检查，根据ANSI B16.5和ASME Section VIII Division1计算应力、评估法兰荷载。◇设备荷载检查。程序包括如下标准：蒸汽轮机NEMA SM23、离心泵API 610、离心式机API 617、封闭式供水加热器HEI和空冷热交换器API661等标准。动态分析输入动态分析所需的参数，如不均匀质量、强迫振动、减振器和频谱定义。你可以使用内置的地震频谱或用户自己定义反应谱。动态分析功能包括：◇振型和自然频率的计算。通过评价系统振动振型，可以检查或避免许多操作问题以节省时间。◇谐振力和位移。评价一个阻尼系统在谐振力或位移下的振动响应以模拟机械和声学的振动。◇地震反应谱分析和独立支承运动（包括固支运动）。包括独立支承运动以及NRC和UBC地震谱。程序缺省采用的是标准计算方法，用户也可自己定义计算方法。◇力频谱分析。允许一般冲击载荷，例如水锤、蒸汽锤以及安全阀泄放的计算，它可以把随时间变化的载荷转变成对应的频率响应数据。◇时程分析。当动载荷作用的时间被定义时，程序提供作用时间内的系统精确完全的分析响应。◇动态响应的动画显示。在检查动态问题时动态显示振型是一个非常有用的工具。CAESARII也可动态显示时程分析的结果。◇丢失质量/力的修正。通过估计系统高频率模态响应来改善动态解的正确度。◇动静混合工况。允许用户任意组合动态和静态载荷以合理地满足管道规范要求的临时载荷。◇安全阀荷载的合成和力频谱的计算。计算动态推力载荷和提高瞬态压力。◇数据接口界面。从LIQT和AFT计算的结果可自动转变为CAESARII可使用的响应谱数据。安装方法1) 打开CAESARII_2011文件夹，双击setup.exe安装 CAESAR II。安装序列号为：55，选绿狗进行安装（Green……）；2) 到SetupESL文件夹中，双击SetupESL.exe安装ESL Drivers，选绿狗进行安装（Green USB……）；3) 安装升级包C2_530_110830.4) 将crack文件夹中的exe和 (如果是XP系统，把RunWRC-XP.rar解压，如果是win7的就解压RunWRC-WIN7.rar)全部复制到C:\Program Files\Intergraph CAS\CAESAR II 5.30，覆盖原文件；5) 启动CAESAR II 2011，程序自动弹出你的电脑ID,鼠标点在对话框上，按Ctrl+C复制。
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火炬头及管网软件
Bentley PULS――管道脉动分析软件
Bentley PULS介绍
&&&&& &Bentley PULS是一个交互式的模拟软件，主要用于分析管网中的流体在稳态脉动流条件下的动态响应（特性）。PULS是基于一维波动理论，使用转移矩阵方法进行模拟计算，可以非常有效的预测（计算）压力脉动等级和声音震动力。用PULS软件可以有效的解决管网和管道系统中由于往复式（摆动）设备或者流体的流动产生的脉动问题，例如压缩机，泵，控制阀和仪表等。和以前所采取的计算方法不同， PULS采用了非常先进的数字式的解决方案。这个解决方案是基于加拿大Alberta的NOVA公司的一种先进的计算方法，并且这个计算方法通过数百万美元的科研项目中得到完善并通过了验证。 该软件投入市场应用近二十余年，得到众多知名大公司认可。
软件界面友好，易操作
&&&&PULS 的界面非常的先进、友好，采用 WINDOWS 菜单驱动式的界面，这样可以在输入最少数据的同时快速建立系统模型。由于软件具有强大的图形功能使我们可以在建模过程中突出显示模型特征，所以可以非常方便的对模型进行检查及修改。PULS 可以进行一致性检查来发现所建模型的错误。PULS
支持英制、标准国际单位，和用户自定义单位。
&&&& PULS 通过节点定义系统中相互连接的元件的几何尺寸。软件系统中的元件包括管线，三通，大小头，法门和孔板等常用元件。软件将元件转移矩阵归纳到由复杂的系数和变量组成的线性方程组成的一个完整的系数矩阵中。变量包括每个节点的脉动压力和体积流量的 RMS （均方根）。采用高斯消去法的稀疏矩阵对非对称矩阵的求解。转移矩阵是基于一个完整的半经验方程，所获得的数据通过了 Nova 机构和 Calgary 的大学实施的严格测试。气体属性是由 Benedict-Webb-Rubin-Starling(BWRS) ，Soave-Redlich-Kwong (SRK) ， Peng-Robinson (PR) 状态方程计算，同时 PULS 也允许用户自定流体属性。
后期处理功能
&&&& PULS 提供了批报告输出和交互式图形输出，通过图形可以动态的显示音波响应模态。主要的结果包括基于 API618 技术指南的脉动比率，脉动压力的频谱图，体积流量速度，阻抗，振动力和柱形压力D体积描绘图（P-V 图表）。振动力可以自动地转换到 Bentley AutoPIPE 软件中来计算管线的动态响应性.
操作简单，菜单驱动程序
减少了昂贵的咨询费用
模拟气体和流体系统
快速的转移矩阵解决方案，使求解在不到一分钟就能完成。
属性包括：管道，体积，压降，三通，孔板和阀门。
管线属性包括由于黏性产生的阻尼，热膨胀和摩擦效应。
脉动源包括压力，体积流量速度，孔板，球阀和球心阀，和往复式压缩机，和往复试泵。
模拟和分析功能
据 API 618 技术指南检查脉动
在设计阶段预测和消除问题
在优化工程中模拟假设条件分析
流量引起的振动
可以导入 CAD 绘图软件 AutoPLANT
，管线应力分析软件
有助于发现振动问题和滤波器设计
自动生成天然气混合气的气体属性
地址: 北京市朝阳区北苑路168号中安盛业大厦1403室 　邮编: 100101
电话: +86-10-15 +86-21- 传真: +86-10-
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京公网安备　　【摘 要】 针对炼厂常见的管线振动情况，采用振动理论分析得出管线系统振动的主要原因是管线内介质脉动频率与管系振动固有频" />
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管线振动问题的有限元分析及解决案例
2015年3期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　【摘 要】 针对炼厂常见的管线振动情况，采用振动理论分析得出管线系统振动的主要原因是管线内介质脉动频率与管系振动固有频率重合所引起的，提出通过改变支撑结构，进而改变管系固有频率，以避开管线内介质脉动频率，达到消除管线振动的方法，并利用Ansys有限元分析软件模拟管线固有频率在改造前后的变化和相应应力、位移情况，找出最佳解决方案。 中国论文网 /8/view-6777253.htm　　【关键词】 管线 振动 Ansys 有限元分析 　　某厂加氢加热炉出口管线自安装后运行后即出现剧烈振动的现象，影响了正常的安全生产。 　　管道实际结构及位置见图1。 　　1 振动原因分析 　　振动理论简述[1]，物体的振动是指物体在稳定平衡位置附近作运动的过程。工程中最常遇到的简单振动系统，如图2所示的简单自由振动系统，即质量-弹簧系统。物体的质量为M，系统的刚性系数为K。 　　当质量M受到一个瞬时干扰（或激发）时，M就离开平衡位置而产生振动，这种振动称为自由振动，此时的振动频率称为固有频率，并用f表示，对单自由度质量-弹簧系统固有 　　频率可表示为： 　　但是，对复杂系统而言，固有频率不是只有一个，而是有多个。 　　如上图所示系统自由振动的动力学方程为： 　　方程的解为 　　式中 Az---振幅；---振动系统的固有频率，；---初始相位角；t---时间； 　　自由振动是由于激发或干扰而导致的，振动系统受到持久性、周期性干扰而导致振动系统作受迫振动，工程上的绝大部分是受迫振动。当图2系统中质量M受到周期干扰力作用后，质量产生受迫振动，在受迫振动情况下，振动系统频率与激发频率一致。 　　由上分析可知管线系统振动的主要原因是管线内介质脉动所引起的。因此，改变管线系统的固有频率，使之远离介质脉动频率，是解决管线振动的根本方法。 　　2 原布置管线振动分析数学模型建立 　　计算采用ANSYS工程计算软件对管系进行模态及结构静力学的有限元分析。 　　数学分析模型选择软件自带的专用Pipe16、Pipe18单元生成直管和弯管部分，手动确定相应节点、单元的位置及连接，分析时考虑的载荷包括：内压、温度载荷、自重等（后面的载荷计算中均考虑上述载荷），由于采用Pipe单元直接生成方式，比较一般的由实体生成单元的方式，计算量明显减少，精度又不会受到影响。[2] 　　利用ANSYS软件建立的数学分析模型如图3所示。 　　3 原布置管线振动原因分析及其计算 　　3.1 原布置管线系统各阶固有频率及相应的振型 　　原布置管线固有频率的计算，利用Ansys有限元程序对原管线进行振动分析，得到原布置管线各阶固有频率为： 　　f1=1.03078 HZ 　　f2=1.7018 HZ 　　f3=8.4389 HZ 　　f4=10.874 HZ 　　f5=15.538 HZ 　　其中，f1～f5分别为原布置管线的一阶至五阶固有频率。 　　3.2 原布置管线固有频率对应的振型图 　　根据有限元分析计算，可得到各阶固有频率对应的振型图。比较实际振动情况，可知原布置管线的二阶固有频率为实际管系固有频率，下图为对应的振型图4。（黑色为管线原形，彩色为管线振动形态） 　　3.3 原布置管线位移、应力计算 　　利用Ansys有限元程序对原布置管线进行位移、应力计算得到原布置管线的X方向最大位移ux，Y方向最大位移uy，Z方向最大位移uz，最大总位移usum、Von mises最大当量应力seqv。 　　△ux=11.76 mm 　　△uy=0.7 mm 　　△uz=68.96 mm 　　△usum=69.96 mm 　　（seqv）max=20.8Mpa 　　4 出口管线振动改造方案 　　采用改变原管线布置结构和数量的方案，使管线的振动频率远离该振动范围的固有频率，从而防止管线振动。尝试不同方案后最终选取方案为：不改变管线结构，在出辐射室的竖直管线段中间处加仅有轴向自由度的约束。 　　在出辐射室的竖直管线段中间处增加4根角钢相互焊接成矩形框来控制管线的位移。 　　4.1 改造后管线各阶固有频率的计算 　　通过Ansys有限元程序分析计算可得到改造后管线各阶固有频率如下： 　　f1=10.62 HZ 　　f2=12.379 HZ 　　f3=17.533 HZ 　　f4=20.408 HZ 　　f5=23.132 HZ 　　4.2 改造后管线各阶固有频率对应振型图 　　根据有限元分析计算，可得到各阶固有频率对应的振型图。以改造后管线的一阶固有频率f2为例，见图5对应的振型图。 　　由振型图可以看出，振型均偏离原结构振型，且管线改造前后振动区固有频率提高了6.25倍，从而避开了改造前共振区频率，能有效的消除管线的振动。 　　4.3 改造后管线位移、应力计算 　　对改造后管线进行应力分析，通过计算可得到原布置管线的X方向最大位移ux，Y方向最大位移uy，Z方向最大位移uz，最大总位移usum、Von mises最大当量应力seqv。 　　△ux=32.5 mm 　　△uy=8.7 mm 　　△uz=52.3 mm 　　△usum=59.6mm 　　（seqv）max=16.1 Mpa 　　5 结语 　　通过上述改造方法的计算分析，可有效的解决原管线结构振动问题。 　　参考文献： 　　[1]李欣业，张明路.《机械振动》.清华大学出版社. 　　[2]易日.《使用ANSYS 6.0进行静力学分析》.北京大学出版社.
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