2020 年和 2022 年 ASME B31.1动力管道应力分析规范更新摘要
管道设计和工程在各个行业中发挥着至关重要的作用，确保流体的安全高效运输。 为了保持高标准的安全性和可靠性，行业规范和标准会定期更新，以反映最新进展并应对新出现的挑战。 在这篇博文中，我们的专家总结了 2020 年和 2022 年ASME B31.1管道规范更新，这些更新影响管道工程师和应力分析师及其确定多向应力分量合成当量应力方程的过程。
ASME 2020 管道规范更新
2020 版 ASME B31.1 在持续、偶然和二次应力的规范方程中包含多方向持续应力指数 (SSI) 和二次应力应力强化因子 (SIF)。 这些如 2022 ASME B31.1 第 104.8.3 段中的方程 15-17 所示，并如方程 1 至 3 所示。
SL = [ [ Ia | PDo/4tn + Fa/Ap | + [ (IiMiA)2 + (IoMoA)2 ]0.5/ Z ]2 + (ItMtA/Z)2 ]0.5 <= Sh Equation 1
SO = [ [ Ia | PoDo/4tn + Fb/Ap | + [ (IiMiB)2 + (IoMoB)2 ]0.5 / Z ]2 + (ItMtB/Z)2 ]0.5 <= kSh Equation 2
SE = [ [ | iaFc/Ap | + [ (iiMiC)2 + (ioMoC)2 ]0.5 / Z ]2 + (itMtC/Z)2 ]0.5 <= SA Equation 3
这些方程取代了 2018 B31.1 版中的单向应力合成当量应力方程，新规范在计算当量应力时候，要求计算这些因子，并应使用这些方程。
ASME B31.1-2022 管道规范版本更新
2022 年规范版本的附录 D 包含一个 SIF，并且不区分平面内、平面外或扭转方向。 一个 SIF 旨在成为最大 SIF，因此使用更新的方程可能会导致应力减少，理论上减少 25% 或更多。 2022 年之前版本的 B31.1 中的三通 SSI 遵循公式 4，这可能会导致强度系数SSI略低。
I = MAX(0.75i, 1.0) Equation 4
I = MAX(i0.5,1) (for branch connections) Equation 5
2022 年规范版本中的附录 D 在一般注释 (b) 部分中包含一项有趣的规定，允许使用 ASME B31J-2017。 此特定规范是根据 ASME B31J-20171 研究论文（部分由 Paulin 研究小组撰写）中提出的富有洞察力的发现而开发的。 该研究涉及在德克萨斯州休斯顿 Paulin 研究小组实验室进行的一系列广泛分析。 这些分析使用有限元软件进行数值验算，重点是确定数千种直径和厚度比。 值得注意的是，使用 ASME B31J-2017 计算的三通点 SSI 遵循分支连接的 SIF 的平方根，如公式 5 所示。
此外，规范中的一个潜在混淆来源是由轴向内压引起的压应力和轴向力引起压应力的轴向应力组合。 如果轴向力为负（压缩载荷），则总轴向应力将会减小。START管道应力分析软件允许用户获得力 (F/Ap) 产生的轴向应力的绝对值，然后将其添加到压应力 (PDo/4tn) 以产生保守的结果。 START 还允许用户输入不同的压力和轴向载荷应力强化系数值。 当疲劳损伤控制管道系统的寿命时，区分不同方向SIF 的方法可能会对计算结果产生显着差异。 在这种情况下，用户应参考 WRC 335 并在具有各种 d/D 比率的小型系统上进行一些手动计算，以确保出现预期结果。 随着载荷交变数逐渐超过 40,000，这一点将变得越来越重要。 如果 D/T 比小于 100，则可以使用 ASME B31J-2017 和 ASME B31.1 附录 D 中的值。尽管如此，通过测试，从 D/T 比等于 50 时开始，传统得SIF 可能会由于过低由于担心屈曲或局部损坏而不够保守。 在这种情况下，我们建议对这些三通点或详图使用有限元分析 (FEA)，以确保在支撑位置处平面截面保持平面状态。
START管道应力分析软件和Nozzle FEM局部应力分析软件可轻松实现 B31 合规性
当前 (2022) ASME B31.1 规范中的方程更类似于 ASME B31.3 中的方程。
通过使用 ASME B31J-2017 推荐的刚度修正来开发一组更准确的位移、力和力矩以及 SSI 和 SIF，计算出的当量应力更加准确。
Nozzle FEM 软件中的自动化 FEA 功能在计算 SSI 时不包括非弹性行为，但它确实创建了可用于解决非弹性行为的有限元模型 (FEM)。 如果大型 D/T 管道负载较重，我们建议采用这些生成的 FEM 并执行屈曲和非线性 SSI 计算来验证您的结果。
当 D/T 比率较高时，这特别有用。 此外，系统可以通过由于屈曲或由于弯曲或长垂直立管而导致的大压缩状态引起的不稳定性来控制。
其他 ASCE 7 注意事项
尽管每个人在使用 ASCE 7 中的载荷时往往都有自己的风和地震方法，但我们认为重要的是要注意 2022 B31 及更早版本被视为 ASD（允许应力设计）解决方案。 ASCE 7 中的负载可用于 ASD 和 LRFD（负载和阻力系数设计）解决方案。 LRFD 求解载荷比 ASD 载荷高 1.4 倍，因此，在用于 LRFD 求解之前，应将管道应力程序中通过 LRFD 方法处理的压力容器管口计算的风载荷增加 1.4 倍。
掌握最新动态，维护安全
2020 年和 2022 年 ASME B31.1 管道规范的更新给用于确定管道系统多向应力的方程带来了重大变化。 这些更新反映了行业的进步，旨在提高安全性和可靠性。 在规范规定的当量应力方程中包含持续应力指数 (SSI) 和应力强化因子 (SIF) 可以实现更准确的计算。 此外，附录 D 中关于利用 ASME B31J-2017 的规定提供了对三通点直径和厚度比的进一步了解。 对于管道工程师和应力分析师来说，及时了解这些更新至关重要，以确保符合行业标准并保持管道系统的安全性和效率。 这些更新不仅确保符合行业标准，而且有助于管道系统的不断改进，使其更安全、更高效，更好地满足各行业不断变化的需求。
随着技术的进步和新挑战的出现，B31 管道规范将不断发展，塑造管道设计的未来并确保关键基础设施的可靠性。 要了解有关 START和NozzeFEM 软件中可用的最新规范变化及功能的更多信息，请立即单击此处与专家联系。
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