ALGOR管道应力分析模块

ALGOR管道应力分析模块——PipePak

2010-05-05 23:57

ALGOR作为世界著名的大型通用工程仿真软件，被广泛应用于各个行业的设计、有限元分析以及机械运动仿真中，能够帮助设计分析人员预测和检验在真实状 态下的各种情况，快速、低成本地完成更安全更可靠的设计项目。ALGOR以其分析功能齐全、使用操作简便以及对硬件的要求低，在从事设计、分析的科技工作者中享有盛誉。工程师们通过使用ALGOR进行设计、虚拟测试和性能分析，缩短了产品投入市场的时间，并能以更低的成本制造出优质而可靠的产品。

一、ALGOR PIPEPAK V9概述

ALGOR作为世界著名的大型通用工程仿真软件，被广泛应用于各个行业的设计、有限元分析以及机械运动仿真中，能够帮助设计分析人员预测和检验在真实状 态下的各种情况，快速、低成本地完成更安全更可靠的设计项目。ALGOR以其分析功能齐全、使用操作简便以及对硬件的要求低，在从事设计、分析的科技工作者中享有盛誉。工程师们通过使用ALGOR进行设计、虚拟测试和性能分析，缩短了产品投入市场的时间，并能以更低的成本制造出优质而可靠的产品。

ALGOR 的管道应力分析模块—— Pipepak是一个易学易用的管道设计和分析工具，此模块还包括了美国、英国和欧盟的管道设计标准。而ALGOR公司近期发布了PipePak的最新版本PipePak V9。通过全新的用户界面(如图中左上所示)、支持右键功能、多重显示、嵌入式工具条、树状结构视角以及先进的电子数据表格和图形显示环境(如图中右下所示)，PipePak V9将使工程师设计整个管道系统时更加容易、便捷。

图中显示的模型为美国洛杉矶市一名工程师所建，目的是为了评估气控管道系统中支撑点的受力情况，此结构为加利福尼亚州一个污水处理厂系统的连接部分。

对于管道系统设计和分析者，PipePak提供了一个遵从管道系统的工业标准、定义整个管道系统和执行结构分析的工具。它可以使工程师用图形显示分析结果，对输入信息、设备数据和分析结果生成HTML或文本总结报告等。另外，除了可以使用电子数据表格定义管道系统外，PipePak还提供了图形绘制工具、 文件导入选项和将图形、电子数据表格输入以及导入文件合并的能力。PipePak V9使管道系统设计和分析比以往更加容易，更具生产效率。全新的用户界面，提供了与其他Windows应用软件相类似的界面、感觉和数据输入选项，从而大大提高了工作效率。

PipePak V9新特征包括：

◎全新的Windows风格图形界面，支持右键功能、多重显示和内嵌工具条;

◎树状结构视图，提供了整个管道系统数据更便捷的导航和显示;

◎数据输入对话框界面使数据的输入、显示和修改更加方便;

◎用于定义管道系统的先进电子数据表格;

◎单个和多个电子数据表格之间支持数据的剪切、复制和粘贴;

◎电子数据表格支持通过已定义下拉式组件进行数据输入;

◎集成的报告生成系统，可显示基于文本的输入和输出报告;

◎图形界面可直接转入电子数据输入系统;

◎基于用户反馈，增添了25个新的改进功能。

二、ALGOR PIPEPAK V9核心模块

ALGOR PIPEPAK的核心专业模块，为管道系统的设计者和工程师提供了一个遵从管道系统工业标准、定义整个管道系统和执行结构分析的工具。PIPEPAK软件的设计、分析、校对和报告等功能可以使工程师更有效地创立安全、可靠的管道系统。

1.典型应用

ALGOR PIPEPAK的核心专业模块，包含以下方面的典型应用：选取压缩机以消除管道系统的固有频率;食品加工设备; 燃料系统;熔炉管道系统;热交换器;建筑物中的加热和冷却蒸汽系统;碳氢化合物的加工系统;液体管道系统设计;核管道系统设计;海上管道处理系统;管道更换;管道系统约束的再次评估;塑料产品加工厂设计;化学加工管道系统;纸浆管道系统;泵/法兰的泄漏;活塞压气机管道振动问题;使用新材料改进管道系统; 旋转设备的密封问题;海军舰艇上管道系统的振动试验;导轨系统分析;飞机跑道下的蒸汽配给系统;蒸汽管道;涡轮接合机构与汽锤。

2.分析能力

(1)管道系统

管道系统方面的分析主要包括线性 静态应力分析、固有频率(模态)、响应 谱、频率响应和时间历程，并支持工业管 道标准和修订本。而支持工业管道标准 和修订本，主要通过：ASME B31.1-2001动力管道系统;ASME B31.3b-2002处理管道系统;ASME B31.4a-2002运输液 烃 和 其 他 液 体 的 管 道 运 输 系 统 ; A S M E B31.8a-2000气体运输和配油管道;ASME Section Ⅲ Division 1 - Subsection NC Class 2 Components (2002);ASME Section Ⅲ Division 1 - Subsection ND Class 3 Components (2002);British Standard BS 806 (1993);法兰、减压器和旋转设备的分析;喷嘴适应性计算。

(2)框架结构 框架结构则包括线性材料模型的静态应力，以及重力、重心和质量惯性矩。

3.建立模型

(1)管道系统

若想便捷、高效地定义整个管道系统，需要通过：电子数据表格输入坐标系统、图形绘制软件包、多种几何模型导入功能，以及图形绘制、电子表格数据或导入几何模型的任意合并。而工业标准化管道部件，包括ANSI管道尺寸规范以及ANSI B16.5(垫圈直径)法兰。

同时，管道系统还包括：支架设计和选择、外部的搭接设计和选择、通常管道数据(如应力强化影响、集中力、集中重量以及剪短/拉长等)、支持地下管道系统和套层管道系统。

(2)框架结构首先，CAD支持二维和三维接线框几何模型使用IGES、DXF和CDL文件格式;其次，在简单模型中能够针对给定分析类型将所有的单元类型合并。同时，还可以相对局部坐标系定义载荷和约束条件、实现梁横界面的交互式定义，以及可定义梁的偏移位置。

4.单元库

(1)管道系统管道系统的单元库包括：管、弯头、阀门、减压器、风箱、法兰和三通。

(2)框架结构

框架结构的单元库包括：3D杆单元、3D梁单元、缺口单元、索单元和刚体单元。

5.材料模型

(1)管道系统管道系统包括：各向同性、正交各向异性以及玻璃纤维增强塑料(FRP)。

(2)框架结构 框架结构包括：线弹性、各向同性。

6.加载和约束条件

(1)管道系统

管道系统加载和约束条件包括：力、力矩、指定位移、温度、压力、偶然力(如风载荷和地震等)，以及实时多重压力、温度载荷、位移和偶然力。另外，还包括普通管约束和支撑，如刚度支撑、弹性支撑、恒力支撑、非稳定支撑、缓冲支撑、导支撑、转动支撑和倾斜支撑，同时在管道和支撑支架中还包含摩擦的影响。

(2)框架结构 框架结构加载和约束条件包括：力、力矩、温度、指定位移、指定旋转、分布式载荷、重力、离心力、球形和偏心约束，以及变刚度偏心约束。

7.求解选项

(1)管道系统 针对管道系统，有内嵌快速宽带的极小化算法和有序方程求解器。

(2)框架结构 针对框架结构，求解包括：对称稀疏法、架空法、迭代法、带状求解以及多处理器的并行操作。

8.结果评估与显示

(1)管道系统对于管道系统来说，结果评估和显示方面的功能主要包括：

◎通过直径、进度、壁厚、腐蚀余度、绝缘、材料、压力和温度等进行显示;

◎在其他框架或阴影区内管道网络 的显示;

◎通过模型显示选项进行控制，包括 尺寸线、点卷标以及标号进行显示;

◎对复杂管道网络的动态剪切面显示;

◎通过树状结构视图或OpenGL图形界 面对管道网络部件的交互式选择;

◎显示变形形状、力和力矩，包括对主应力、环向应力以及纵向应力等云图和等值线显示;

◎显示变形和模态分析结果;

◎对最大和最小结果的高亮显示;

◎根据时间变化，可文本输出如下数据，包括位移、力、力矩、支反力和应力;

◎内嵌针对ASME和ANSI标准对所有结果的校核;

◎在HTML报告中，当计算结果超出许用应力时，会在输出行高亮显示;

◎旋转设备报告，包括API610抽水机、NEMA SM23涡轮机;

◎可快速调整载荷大小，以审核模态并给出正确的数值分析结果显示;

◎可通过点击管道网络系统的任何部件，进行分析结果的查询。

(2)框架结构 对于框架结构来说，结果评估和显示方面的功能主要包括：

◎模态显示和结果评估的集成环境;

◎三维动态显示选项和丰富的颜色板可供选择;

◎模型和分析显示中材料和结果的渲染;

◎横截面显示选项;

◎复杂模型的动态剪切面显示;

◎可透明显示部件;

◎可通过多种方法选择部件和单元;

◎结果等值线，包括位移、应力、应变和支反力;

◎对最大和最小结果的高亮显示;

◎可在指定位置进行结果调试;

◎图形数值的标注;

◎使用局部坐标系，可对任意方向进行结果和图形显示;

◎通过多重显示窗口，可实时显示不同的结果类型;

◎剪力和弯矩图;

◎重力、体积、重心和质量惯性矩等的文本输出;

◎精确的等值线显示;

◎可将多重线性静态应力分析结果合并;

◎对线性静态迭代求解收敛的图形显示;

◎对结果图形进行检测的虚拟设备;

◎结果图例中单位的自动加载;

◎图例和注视中使用TrueType字体格式;

◎可动态控制结果图例、注释和背景的配置;

◎用户可预先定义结果等值线的颜色配置;

◎动态控制模型转换的比例和显示;

◎可透明显示未转换模型;

◎基于最大最小结果极限控制单元的显示;

◎对每一部分可分别控制颜色、网格划分和结果显示;

◎查询模式可以使结果被复制、粘贴，以方便不同用户共享数据;

◎可存储所有的设置，并随时调用得到相同的显示。

9.结果处理

(1)管道系统

◎ 可将结果等值线 和云 图 输出 为 BMP、JPG、TIF、PNG、PCX和TGA等格式;

◎内嵌模拟生成器和显示工具;

◎报告向导可自动生成HTML或文本 格式的报告形式，内容可包括输入信息、 设备数据和分析结果数据。

(2)框架结构

◎可将结果等值线和云图输出成为 BMP、JPG、TIF、PNG、PCX和TGA等格式;

◎内嵌模拟生成器和显示工具;

◎自动在结果报告中加入图形;

◎报告向导和自动HTML生成和显示 环境。

10.用户界面

(1)管道系统 在用户界面部分，新增以及加强的功能包括：全新的Windows风格图形界面， 支持右键功能、多重显示和内嵌工具条;树状结构视图提供了整个管道系统数据更便捷的导航和显示;数据输入对话框界面使数据的输入、显示和修改更加方便; 单个和多个电子数据表格之间支持数据的剪切、复制和粘贴;图形界面可直接转入电子数据输入系统;三维动态显示选项， 包括平移、旋转和放大;内嵌库的管理功能，支持对管道尺寸、材料性质、许用应力、法兰、风载、地震以及塑性特征等数据的增添、修改和删除;可对输入数据的合理性进行校核;对允许温度范围的极限检查;支持标准和用户定义单位系统;管道部件应力强化因素的简单应用，如法兰搭接点、阀门和肋等都有不同的厚度和其他物理特性。

(2)框架结构 在用户界面部分，新增以及加强的功能包括：带有树状结构视图、多重视图以及浮动工具条的全新Windows风格用户界面;右键功能可实现载荷、位移和有限元属性的施加、修改及删除;动态显示选项可通过快捷键和鼠标进行操作;可对输入数据的合理性进行校核;载荷和约束集可适用于不同的设计;可实现载荷和约束的拖拉式操作;材料库的管理，包括调用普通材料库以及导入、创建和管理用户自定义材料库;右键支持实时的帮助系统;支持标准和用户定义单位系统;可使用数学表达式定义图形;通过图形的卷标和法向进行图形控制;用户可预定义图形显示风格;对于模型存档的数据管理系统。

ALGOR管道应力分析模块——PipePak

2010-05-05 23:57

ALGOR作为世界著名的大型通用工程仿真软件，被广泛应用于各个行业的设计、有限元分析以及机械运动仿真中，能够帮助设计分析人员预测和检验在真实状 态下的各种情况，快速、低成本地完成更安全更可靠的设计项目。ALGOR以其分析功能齐全、使用操作简便以及对硬件的要求低，在从事设计、分析的科技工作者中享有盛誉。工程师们通过使用ALGOR进行设计、虚拟测试和性能分析，缩短了产品投入市场的时间，并能以更低的成本制造出优质而可靠的产品。

一、ALGOR PIPEPAK V9概述

ALGOR作为世界著名的大型通用工程仿真软件，被广泛应用于各个行业的设计、有限元分析以及机械运动仿真中，能够帮助设计分析人员预测和检验在真实状 态下的各种情况，快速、低成本地完成更安全更可靠的设计项目。ALGOR以其分析功能齐全、使用操作简便以及对硬件的要求低，在从事设计、分析的科技工作者中享有盛誉。工程师们通过使用ALGOR进行设计、虚拟测试和性能分析，缩短了产品投入市场的时间，并能以更低的成本制造出优质而可靠的产品。

ALGOR 的管道应力分析模块—— Pipepak是一个易学易用的管道设计和分析工具，此模块还包括了美国、英国和欧盟的管道设计标准。而ALGOR公司近期发布了PipePak的最新版本PipePak V9。通过全新的用户界面(如图中左上所示)、支持右键功能、多重显示、嵌入式工具条、树状结构视角以及先进的电子数据表格和图形显示环境(如图中右下所示)，PipePak V9将使工程师设计整个管道系统时更加容易、便捷。

图中显示的模型为美国洛杉矶市一名工程师所建，目的是为了评估气控管道系统中支撑点的受力情况，此结构为加利福尼亚州一个污水处理厂系统的连接部分。

对于管道系统设计和分析者，PipePak提供了一个遵从管道系统的工业标准、定义整个管道系统和执行结构分析的工具。它可以使工程师用图形显示分析结果，对输入信息、设备数据和分析结果生成HTML或文本总结报告等。另外，除了可以使用电子数据表格定义管道系统外，PipePak还提供了图形绘制工具、 文件导入选项和将图形、电子数据表格输入以及导入文件合并的能力。PipePak V9使管道系统设计和分析比以往更加容易，更具生产效率。全新的用户界面，提供了与其他Windows应用软件相类似的界面、感觉和数据输入选项，从而大大提高了工作效率。

PipePak V9新特征包括：

◎全新的Windows风格图形界面，支持右键功能、多重显示和内嵌工具条;

◎树状结构视图，提供了整个管道系统数据更便捷的导航和显示;

◎数据输入对话框界面使数据的输入、显示和修改更加方便;

◎用于定义管道系统的先进电子数据表格;

◎单个和多个电子数据表格之间支持数据的剪切、复制和粘贴;

◎电子数据表格支持通过已定义下拉式组件进行数据输入;

◎集成的报告生成系统，可显示基于文本的输入和输出报告;

◎图形界面可直接转入电子数据输入系统;

◎基于用户反馈，增添了25个新的改进功能。

二、ALGOR PIPEPAK V9核心模块

ALGOR PIPEPAK的核心专业模块，为管道系统的设计者和工程师提供了一个遵从管道系统工业标准、定义整个管道系统和执行结构分析的工具。PIPEPAK软件的设计、分析、校对和报告等功能可以使工程师更有效地创立安全、可靠的管道系统。

1.典型应用

ALGOR PIPEPAK的核心专业模块，包含以下方面的典型应用：选取压缩机以消除管道系统的固有频率;食品加工设备; 燃料系统;熔炉管道系统;热交换器;建筑物中的加热和冷却蒸汽系统;碳氢化合物的加工系统;液体管道系统设计;核管道系统设计;海上管道处理系统;管道更换;管道系统约束的再次评估;塑料产品加工厂设计;化学加工管道系统;纸浆管道系统;泵/法兰的泄漏;活塞压气机管道振动问题;使用新材料改进管道系统; 旋转设备的密封问题;海军舰艇上管道系统的振动试验;导轨系统分析;飞机跑道下的蒸汽配给系统;蒸汽管道;涡轮接合机构与汽锤。

2.分析能力

(1)管道系统

管道系统方面的分析主要包括线性 静态应力分析、固有频率(模态)、响应 谱、频率响应和时间历程，并支持工业管 道标准和修订本。而支持工业管道标准 和修订本，主要通过：ASME B31.1-2001动力管道系统;ASME B31.3b-2002处理管道系统;ASME B31.4a-2002运输液 烃 和 其 他 液 体 的 管 道 运 输 系 统 ; A S M E B31.8a-2000气体运输和配油管道;ASME Section Ⅲ Division 1 - Subsection NC Class 2 Components (2002);ASME Section Ⅲ Division 1 - Subsection ND Class 3 Components (2002);British Standard BS 806 (1993);法兰、减压器和旋转设备的分析;喷嘴适应性计算。

(2)框架结构 框架结构则包括线性材料模型的静态应力，以及重力、重心和质量惯性矩。

3.建立模型

(1)管道系统

若想便捷、高效地定义整个管道系统，需要通过：电子数据表格输入坐标系统、图形绘制软件包、多种几何模型导入功能，以及图形绘制、电子表格数据或导入几何模型的任意合并。而工业标准化管道部件，包括ANSI管道尺寸规范以及ANSI B16.5(垫圈直径)法兰。

同时，管道系统还包括：支架设计和选择、外部的搭接设计和选择、通常管道数据(如应力强化影响、集中力、集中重量以及剪短/拉长等)、支持地下管道系统和套层管道系统。

(2)框架结构首先，CAD支持二维和三维接线框几何模型使用IGES、DXF和CDL文件格式;其次，在简单模型中能够针对给定分析类型将所有的单元类型合并。同时，还可以相对局部坐标系定义载荷和约束条件、实现梁横界面的交互式定义，以及可定义梁的偏移位置。

4.单元库

(1)管道系统管道系统的单元库包括：管、弯头、阀门、减压器、风箱、法兰和三通。

(2)框架结构

框架结构的单元库包括：3D杆单元、3D梁单元、缺口单元、索单元和刚体单元。

5.材料模型

(1)管道系统管道系统包括：各向同性、正交各向异性以及玻璃纤维增强塑料(FRP)。

(2)框架结构 框架结构包括：线弹性、各向同性。

6.加载和约束条件

(1)管道系统

管道系统加载和约束条件包括：力、力矩、指定位移、温度、压力、偶然力(如风载荷和地震等)，以及实时多重压力、温度载荷、位移和偶然力。另外，还包括普通管约束和支撑，如刚度支撑、弹性支撑、恒力支撑、非稳定支撑、缓冲支撑、导支撑、转动支撑和倾斜支撑，同时在管道和支撑支架中还包含摩擦的影响。

(2)框架结构 框架结构加载和约束条件包括：力、力矩、温度、指定位移、指定旋转、分布式载荷、重力、离心力、球形和偏心约束，以及变刚度偏心约束。

7.求解选项

(1)管道系统 针对管道系统，有内嵌快速宽带的极小化算法和有序方程求解器。

(2)框架结构 针对框架结构，求解包括：对称稀疏法、架空法、迭代法、带状求解以及多处理器的并行操作。

8.结果评估与显示

(1)管道系统对于管道系统来说，结果评估和显示方面的功能主要包括：

◎通过直径、进度、壁厚、腐蚀余度、绝缘、材料、压力和温度等进行显示;

◎在其他框架或阴影区内管道网络 的显示;

◎通过模型显示选项进行控制，包括 尺寸线、点卷标以及标号进行显示;

◎对复杂管道网络的动态剪切面显示;

◎通过树状结构视图或OpenGL图形界 面对管道网络部件的交互式选择;

◎显示变形形状、力和力矩，包括对主应力、环向应力以及纵向应力等云图和等值线显示;

◎显示变形和模态分析结果;

◎对最大和最小结果的高亮显示;

◎根据时间变化，可文本输出如下数据，包括位移、力、力矩、支反力和应力;

◎内嵌针对ASME和ANSI标准对所有结果的校核;

◎在HTML报告中，当计算结果超出许用应力时，会在输出行高亮显示;

◎旋转设备报告，包括API610抽水机、NEMA SM23涡轮机;

◎可快速调整载荷大小，以审核模态并给出正确的数值分析结果显示;

◎可通过点击管道网络系统的任何部件，进行分析结果的查询。

(2)框架结构 对于框架结构来说，结果评估和显示方面的功能主要包括：

◎模态显示和结果评估的集成环境;

◎三维动态显示选项和丰富的颜色板可供选择;

◎模型和分析显示中材料和结果的渲染;

◎横截面显示选项;

◎复杂模型的动态剪切面显示;

◎可透明显示部件;

◎可通过多种方法选择部件和单元;

◎结果等值线，包括位移、应力、应变和支反力;

◎对最大和最小结果的高亮显示;

◎可在指定位置进行结果调试;

◎图形数值的标注;

◎使用局部坐标系，可对任意方向进行结果和图形显示;

◎通过多重显示窗口，可实时显示不同的结果类型;

◎剪力和弯矩图;

◎重力、体积、重心和质量惯性矩等的文本输出;

◎精确的等值线显示;

◎可将多重线性静态应力分析结果合并;

◎对线性静态迭代求解收敛的图形显示;

◎对结果图形进行检测的虚拟设备;

◎结果图例中单位的自动加载;

◎图例和注视中使用TrueType字体格式;

◎可动态控制结果图例、注释和背景的配置;

◎用户可预先定义结果等值线的颜色配置;

◎动态控制模型转换的比例和显示;

◎可透明显示未转换模型;

◎基于最大最小结果极限控制单元的显示;

◎对每一部分可分别控制颜色、网格划分和结果显示;

◎查询模式可以使结果被复制、粘贴，以方便不同用户共享数据;

◎可存储所有的设置，并随时调用得到相同的显示。

9.结果处理

(1)管道系统

◎ 可将结果等值线 和云 图 输出 为 BMP、JPG、TIF、PNG、PCX和TGA等格式;

◎内嵌模拟生成器和显示工具;

◎报告向导可自动生成HTML或文本 格式的报告形式，内容可包括输入信息、 设备数据和分析结果数据。

(2)框架结构

◎可将结果等值线和云图输出成为 BMP、JPG、TIF、PNG、PCX和TGA等格式;

◎内嵌模拟生成器和显示工具;

◎自动在结果报告中加入图形;

◎报告向导和自动HTML生成和显示 环境。

10.用户界面

(1)管道系统 在用户界面部分，新增以及加强的功能包括：全新的Windows风格图形界面， 支持右键功能、多重显示和内嵌工具条;树状结构视图提供了整个管道系统数据更便捷的导航和显示;数据输入对话框界面使数据的输入、显示和修改更加方便; 单个和多个电子数据表格之间支持数据的剪切、复制和粘贴;图形界面可直接转入电子数据输入系统;三维动态显示选项， 包括平移、旋转和放大;内嵌库的管理功能，支持对管道尺寸、材料性质、许用应力、法兰、风载、地震以及塑性特征等数据的增添、修改和删除;可对输入数据的合理性进行校核;对允许温度范围的极限检查;支持标准和用户定义单位系统;管道部件应力强化因素的简单应用，如法兰搭接点、阀门和肋等都有不同的厚度和其他物理特性。

(2)框架结构 在用户界面部分，新增以及加强的功能包括：带有树状结构视图、多重视图以及浮动工具条的全新Windows风格用户界面;右键功能可实现载荷、位移和有限元属性的施加、修改及删除;动态显示选项可通过快捷键和鼠标进行操作;可对输入数据的合理性进行校核;载荷和约束集可适用于不同的设计;可实现载荷和约束的拖拉式操作;材料库的管理，包括调用普通材料库以及导入、创建和管理用户自定义材料库;右键支持实时的帮助系统;支持标准和用户定义单位系统;可使用数学表达式定义图形;通过图形的卷标和法向进行图形控制;用户可预定义图形显示风格;对于模型存档的数据管理系统。