机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
CAESAR II在进气系统管道设计中的应用
罗振伟，高凯，武俊虎，闫海骄
（中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015）
摘要：介绍了CAESARII压力管道应力分析软件在进气系统管道设计中的应用：通过对软件建模、应力校核等功能的运用，实现校核管道强度、优化管道设计。
关键词：CAESARII：管道设计；应力校核：优化设计
中图分类号：TP391.7;V233
文献标志码：B
文章编号：1002-2333(2016)12-0230-02
Application of CAESAR II in Pipeline Design of Gas System
LUO Zhenwei, GAO Kai, WU Junhu, YAN Haijiao
(AVIC Shenyang Engine Design And Research Institute, Shenyang 110015, China)
Abstract:This paper applies the software CAESAR II in pipeline design of gas system. Modeling and checking are used to
achieve the pipe intensity check and the pipe optimal design based on CAESAR II Key words:CAESAR Il; pipeline design; intensity check; optimal design
0引言
CAESARII管道应力分析软件是由美国CODAE公司研发的、基于结构力学杆状单元进行有限元分析的专业管道应力分析软件，其遵循的标准包括ASMEB31.3工艺管道、ASMEB31.1动力管道等。它可根据实际的管道设计建立相应的管道模型，并模拟管道承受自重、压力载荷、热载荷、地震载荷等工况，完成管道的动、静态分析。在管道强度校核时主要进行一次应力和二次应力校核。 1项目背景
在一些设备研制中，为了模拟该设备的真实工况，需建设有承受高温、高压载荷的气体或液体管道。为保证管道在设计寿命内安全有效工作，必须对管道进行强度、振动分析。以往管道的设计和强度校核一般手工计算，手工计算精确度低、工作量大，往往出现管道或阀门失效的事故，造成返工、资源浪费。为提高设备管道设计质量，故选用CAESARI软件（选用ASMEB31.3标准）对管道根据实际载荷工况进行强度校核，保证管道在设计条件下具
有足够的柔性，进而根据计算结果优化管系设计。 2实际应用
在进气系统设计中，管道要承受高温、高压严酷工况。这里使用CAESARII进行了建模，对进气管道进行应力分析，并依据一次应力和二次应力的校核结果对管网进行优化设计。如图1为局部的管道优化模型。
在原始的设计中节点60、70处采用刚性滑动托架设计，虽然在一次应力和二次应力中校核通过，但是节点70处的刚性滑动托架受力非常大(17
图1管道优化模型
t)，而节点60的刚性滑动托架受力仅为7t，受力非
常不均。优化后将节点70处改为弹簧支架，这样节点60、70 处受力分别下降为9t、8t.既能保证设备安全，又能有效降低成本。
3结果分析
CAESARII是以ASMEB31等标准为基础的一维应力计算软件。首先一次/二次应力的计算结果不是精确值，它只是一个范围；其次，在应力计算时不可能将所有力都加载，导致计算结果存在误差。虽然软件规定：“如果 ALLOWABLE大于或者等于CODESTRESS，表示一次/ 二次应力校核通过”，但是为保证安全在工作时建议取 CODESTRESS/ALLOWABLE≤70%。
对于比值在70%以上的节点使用NX和ANSYS进行局部二次强度校核：本次共有3个节点大于70%，经二次强度校核后发现有2个节点需加强。其中一个节点如图2所示，主管与支管的交界处4050处比值为83%（已加支管座)，经过ANSYS强度分析后最大应力的确超标，故在此加4个加筋板并将筋板延长至管道支架来降低应力集中（见图3)。
图2局部管道模型软件注意事项
图3ANSYS应力云图
在使用软件推荐的工况组合时，当含有多个工况（如 T1、T2、P1、P2)时建议将每个二次应力中T、P手工调整为对应工况，例如Exp2=(W+T2+P2)-(W+P2)，而不是 Exp2=(W+T2+P2)(W+P1)。
因为软件默认T1、P1是最大温度、压力工况，所以软
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