长沙优工软件有限公司(UDSOFT)更新AutoPSA9.1埋地管段单元划分算法

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2016年7月6日湖南长沙(张书俊、李国斌供稿) 长沙优工软件有限公司(UDSOFT)今天发布了管道应力分析软件的一个新版本AutoPSA9.1，该版本重点改进了埋地管道应力分析模块。此前版本埋地管段单元划分算法与CASEAR II差别很大，影响了埋地应力分析模块的推广应用；新版本的埋地管段单元划分算法完全兼容CASEAR II，工程算例测试表明，新版本的埋地管段单元划分与CASEAR II完全一致，计算结果与CAESAR II很接近，可以很好地支持用户设计埋地管道。用户可以通过优易软件公司用户群1(QQ群号：39379062)咨询公司销售人员或技术人员获得更多信息。
      埋地管道应力分析算法由埋地管道双线性约束算法和埋地管段单元划分算法组成。早在2007年，UESOFT就实现了埋地管道双线性约束算法，但同期开发的埋地管段单元划分算法一直与CAESARII不同，导致AutoPSA的埋地管道计算结果与CAESARII相去甚远，以至于用户不愿使用AutoPSA计算埋地管道。自2015年12月开始，UDSOFT仔细地研究了埋地管段单元划分算法，终于在2016年6月底实现了与CAESARII相同的算法。

关于埋地计算的注释
只有在分析人员没有更好的数据或方法来解决一些特殊位置和问题时才会使用下面关于土壤分布刚度和极限载荷的计算程序。AutoPSA和CAESARII的土壤约束模拟算法来源于L.C.Peng发表在1978年Pipeline Industry 中的论文《埋地管道的应力分析方法》(Stress Analysis Methods for Underground Pipelines)。
土壤支撑用具有初始刚度、极限载荷和屈服刚度的双线性弹簧来模拟，通常将屈服刚度设为接近于0，例如一旦达到作用在土壤中的极限载荷，则即使位移不断增加，载荷也不会进一步增加。分析埋地管需要计算的两个基本极限载荷是轴向和横向极限载荷。（许多研究者将水平、向上、向下的横向载荷区别对待，但考虑到预测的土壤性质和方法的变化，这种区别没法保证是合理的。）
一旦知道了轴向和横向极限载荷，则在这些方向上的刚度可通过极限载荷除以屈服位移而得到。研究者发现屈服位移同埋地深度和管子直径有关。计算的极限载荷和刚度都是指管道单位单元长度上的力。
用户通过点击埋地-从数据库中选取土壤信息命令而输入土壤数据。这一选项允许用户定义AutoPSA埋地管道公式计算所需的土壤特性。
注：有效的土壤模型号从2开始，土壤模型号1是预留给用户自己定义土壤刚度。一个文件最多可定义15种不同的土壤模型。
进入土壤信息定义模块将会出现以下的屏幕：

土壤约束公式使用这些土壤特性来生成约束极限载荷和刚度。（THERMAL EXPANSION COEFFICIENT和TEMPERATURE CHANGE是选项，用户如果输入这些选项以后，程序就会计算并打印出理论上的“虚拟锚固长度”。）
这些公式是：
轴向极限载荷Fax：
Fax = μ*D( 2*ρs*H + π*ρp*t + π*ρf*D/4)，单位lb/in.。
其中：
μ=摩擦系数，一般的取值为：
泥沙取0.4；
沙地取0.5；
砂砾取0.6；
粘土取0.6或Sv/600。
Sv=无排水的剪切强度；
D=管子直径；
ρs=土壤密度；
H= 管子顶端的埋地深度；
ρp=管子密度；
t= 管子的名义壁厚；
ρf=流体密度。
摩擦系数或无排水剪切强度可以留下空白。通常，粘土的摩擦系数不输，AutoPSA将自动估算为Sv/600。
横向极限载荷Fv：
Fv=0.5*ρs*(H+D)^2*tan(45+φ/2)^2*OCM，单位lb/in.。
其中：
φ=内摩擦角，单位是度。   
一般的取值为：
沙地取27-45；
泥沙取26-35；
粘土取0。
注：如果Sv给定（如有像粘土一样的土壤）。然后Fv如上面一样计算值乘以Sv/250。
OCM=覆土压实系数。
屈服位移（Yd）：
Yd=YDF*（H+D），单位in.。
YDF=屈服位移系数，默认为0.015。
在管子单位长度上的轴向刚度（kax）：
kax=Fax/Yd，单位lb/in./in.。
在管子单位长度的横向刚度（Kv）：
Kv=Fv/Yd，单位lb/in./in.。
我们注意到在许多情况下，土壤越硬，结果越保守。如果定义了覆土压实系数(OCM，Overburden Compaction Multiplier),则Fv要乘以覆土压实系数OCM。许多有经验的管道工程师却不希望增加这种“额外的保守量”，而宁愿使用在过去管线中曾使用过的一些值。所以，覆土压实系数是一个经常调整的参数。
通常实际上根据充填的压实程度把这个值（缺省值为8）已经降为5～7。压实率值很接近于大多数土壤教科书上定义的完成指数（完成指数是单位重量的比值）。当完成指数已知时，实际应用是完成指数乘以缺省值8，其结果应作为覆土压实系数。
一旦用户点击确定，土壤数据就保存在后缀为SOI的文件中。