实际应用 - CAESAR II - 帮助

CAESAR II几乎一问世就能模拟 FRP 等正交各向异性材料。软件还能专门处理 BS7159 规范、UKOOA 规范及较新的 ISO14692 标准的要求。CAESAR II 提供了与许多供应商生产线对应的 FRP 材料参数 。使用玻璃钢管道时，可以提前选择这些参数作为默认值。还有其他选项，如 BS7159 压力增强计算时采用设计应变还是实际应变的要求可在 CAESAR II的配置模块中设置。

选择材料 (20) FRP (纤维树脂塑料) 激活 CAESAR II 的正交各向异性材料模型，引入预选材料的相应材料参数。

当软件使用正交各向异性材料模型时，改变了原各向同性材料的两个输入界面：弹性模量 (C) 变为 弹性模量/轴向，泊松比 变为 Ea/Eh*Vh/a，如下所示。

这些变化是必要的，因为正交各向异性模型比各向同性模型需要更多的材料参数。例如，材料的弹性模量不再是一个，而是两个：轴向弹性模量和环向弹性模量。不再有单一的泊松比，而是两个：nh/a（由于应力导致的环向应变引起轴向应变的泊松比）和 na/h（由于轴向上应力导致的应变引起环向应变的泊松比）。此外，与各向同性材料不同，剪切模量不遵循关系式 G = 1 / E (1 - n)，因此必须明确输入该值。

为了减少输入，可以根据在软件中的使用情况合并一些参数。通常，当计算压力引起管道伸长时，才会在柔性分析中使用环向弹性模量或泊松比（注意，确定 BS7519 规范的许用应力值时采用的是环向弹性模量）：

dx = (sx / Ea - nh/a * shoop / Eh) L

式中：

只需要一个新的参数，就可重排方程，具体如下：

dx = (sx - shoop * (Ea / Eh * nh/a)) * L / Ea

理论上，这一新参数 (Ea / Eh * nh/a) 与 na/h 相同，因此 dx = (sx - na/h * shoop) * L / Ea

需要材料剪切模量得出刚度矩阵。在 CAESAR II 中，用轴向弹性模量的比率表示材料剪切模量，该值可从所选材料中自动获取，或者通过管道输入界面的环境(Environment)菜单，进入特殊执行参数(Special Execution Parameter)，根据具体问题修改剪切模量（参见附图）。该对话框还包括材料热膨胀系数（取自供应商文件或用户输入）以及 BS7159 规范定义的默认层压板类型：

• 类型 1

所有带内外表面组织加强层的短切原丝薄毡结构（CSM）。

• 类型 2

带内外表面组织加强层的短切原丝薄毡（CSM）和无捻粗纱布（WR）结构。

• 类型 3

带内外表面组织加强层的短切原丝薄毡（CSM）和和多股长丝结构（WR）。

用类型 3 计算管道弯头的柔性和应力增大系数。

可以用辅助表格输入弯头和三通信息。

也可以逐一更改弯头半径和弯头层压板类型数据，参见相应附图。

在三通交汇处分别定义 CAESAR II 三通类型 1 和 3，以分别表示 BS7159 预制和塑造的三通类型。CAESAR II 将按照规范要求自动计算管件的柔性系数和应力增大系数。

在许用应力辅助表格中输入所用的规范号。软件提供了编号 27 - BS7159 和编号 28 - UKOOA 这两个规范的输入界面。如果选择 BS7159，CAESAR II 将提供以下相应规范参数的输入界面：

SH1 至 SH9 = 纵向设计应力 = ed ELAMX

Kn1 至 Kn9 = 循环折减系数（按 BS7159 第 4.3.4）

Eh/Ea = 环向弹性模量与轴向弹性模量的比值

K = 温度变化系数（按 BS7159 第 7.2.1）

如果选择 UKOOA，CAESAR II 将提供以下相应规范参数的输入界面：

SH1 至 SH9 = 环向设计应力 = f1 * LTHS

R1 至 R9 = 比例 r = (sa(0:1) / sa(2:1))

f2 = 系统安全系数（如空缺，则默认为 0.67）

K = 温度变化系数（同于 BS7159）

除非在管系某些点处有变化，这个参数只需要定义一次。

计算分析比系统建模更简单。<Product> 将估算这些操作参数，并自动创建相应的荷载工况。这种情况下将创建三种荷载工况：

• 操作工况，包括管道和介质重量、温度、设备位移和压力。该工况用于确定最大规范应力/应变、操作下设备管嘴和约束荷载、热态位移等。

• 冷态工况（除了不包括温度和设备位移外，其他与操作工况相同）。该工况用于确定冷态下设备管嘴和约束荷载。

• 热膨胀工况（冷态工况和热态工况之间的循环应力范围）。该工况可用于依据 BS1759 规范第 4.3.4 的疲劳标准进行评价。

分析上述工况下的系统响应后，<Product> 将显示输出报告菜单。输出报告可以选择输出荷载组合工况和计算结果类型（位移、约束荷载、单元力和力矩、以及应力）。通过应力报告，用户可以判断管系是否符合应力评判标准。

对于 UKOOA，操作应力在理想应力包络线范围（下图的阴影部分）内时，视管道合格。