业务领域 | PLE软件

技术专项

PLE使您能够整合复杂的材料与行为模型，从而优化设计方案。

The add on modules in PLE for technical specials enable you to verify and design your piping and pipeline system even under special conditions. Advanced material behaviour, anisotropic effects, complex failure mechanisms for standard and non-standard verifications and in-depth stress-strain assessments for seismic conditions or upheaval buckling and ratcheting mechanisms: PLE handles it for you with both above ground piping systems and underground pipelines and networks together in one model.

技术专长

铸铁管道

铸铁管道通常是老旧管线，在PLE中可建模为铰接管道。软件会计算管道的椭圆变形和管内应力，这两项结果可用于判断管道是否会开裂或发生压扁。此外，PLE还会检查接头的移动和转动，如果任何连接处出现泄漏或卡死（存在边缘碎片脱落的危险）时会发出警告。

混凝土管道（通用）

混凝土管道通常采用预制管段，通过承插式连接进行铺设。这类管道系统可在PLE软件中进行建模，该程序能够检测管道接头处的位移和旋转，并在任何连接处发生渗漏或冻结时发出警报。

钢制管道

钢质管道是本程序的核心，是最早实现也是功能最全面的管道类型。无论是直管、弹性弯管还是热弯预制弯头，所有类型均可进行分析。分析可采用通用的最佳工程实践方法，也可依据多项规范与标准中所述的方法进行。

隆起屈曲与棘轮效应专业验证

隆起屈曲（UHB）是指管道因向上位移而发生的屈曲失稳。棘轮效应则是指管道在循环荷载作用下，因反复热胀冷缩而产生的渐进性（向上）移动。隆起屈曲（UHB）与棘轮效应这两种现象相互关联，但本质不同。两者主要发生在承受温度波动的长距离、近乎平直的管道中（包括海底与陆上管道）。

素混凝土管道分析

素混凝土管道虽设计较为简单，但仍需进行全面的岩土与结构评估，尤其在地下敷设工况下。PLE 支持对此类管道系统（含管道连接与支撑结构）进行建模与分析。软件提供全部必要的输入参数，以支持结构安全评估，确保即便管道无内部配筋，其使用性能仍可得到有效评价。

加筋钢板

采用钢板加筋的地下混凝土管道需同时进行岩土与结构分析，以确保其长期服役性能。PLE 正是执行必要详细岩土评估的工具，包括对管道连接与支撑结构的细致评估。该软件还可为加筋体系的结构分析提供所需数据。结构评估所需的所有关键输入参数均可获取，且计算结果可直接用于结构设计计算。

钢筋（螺纹钢）

采用钢筋（螺纹钢）增强的混凝土管道广泛用于地下基础设施，并需要可靠的岩土与结构分析。PLE支持对配筋混凝土管道进行精确建模，包括对管道连接与支撑结构的详细评估。该软件可为结构计算提供所有必需的输入数据，使其成为设计与评估钢筋增强系统的完整工具。

高级梁与环（结构）行为计算

作为一款有限元分析程序，PLE主要侧重于对每个单元进行独立分析。然而，在实际中，管道的每一分段都会受到相邻分段的支撑或对其提供支撑。PLE能够通过在各单元间重新分配椭圆化变形和/或应力来考虑这些相互作用效应。尤其在处理集中荷载或跨越荷载的阶跃式突变时，这种方法能得到更符合实际的结果。类似地，其他高阶效应也可由用户根据需要纳入考量，例如弯管处的二阶效应，或管周土体抵抗管道椭圆化的反向作用。

外部影响下的土体变形

土体特性常随时间推移而发生变化，尤其在涉及软土、地质活跃区或人为扰动的工况下。PLE 可模拟多种导致土体变形的成因，例如河流三角洲沉积、地震、滑坡以及管道敷设时的开挖与回填。程序支持定义三维土体沉降、不同形态的地表沉陷，以及作用于土体上方的覆土荷载与活荷载（如交通荷载）。

波浪与海流荷载

PLE 确实也支持对海底管道进行建模并计算其力学行为。其主要增项功能在于，能够将波浪与海流荷载作为准静态荷载，施加于裸露（未埋设）管段之上。所考虑的海况条件中，波浪为三维模型，海流为二维模型。波浪特征可通过波高、周期、方向、位置、波峰类型及波浪理论进行定义，波面形态可为长峰波或短峰波，并依据艾里（一阶）或斯托克斯（五阶）理论计算。海流剖面可按指数曲线定义，也可通过沿水深分布的若干剖面值给定。此外，程序还可考虑（配重）涂层及海生物附着导致的管道结构直径增大效应、管跨振动引起的动力放大效应，以及附近扰流构件（如导管架构件）的影响。

悬跨段

悬跨段指管道中既无土体支撑、也无外部支托的悬空部分。此类管段可能因波浪或风荷载的周期性作用而发生振动。PLE可识别这些管段（其位置可能因管道垂向位移而与初始设计不同）。对于海底管道，PLE能够计算动力放大系数（DAF），该系数用于放大流体动力。管道振动幅值是波浪激励频率与管道固有频率之比的函数。波浪频率越接近固有频率，振动幅值与最终荷载就越大。动力放大系数体现了振动运动对（静态计算的）波流荷载的影响。PLE可辅助设计至关重要的阻尼与支撑条件，从而显著降低振动幅值。

弹性与塑性材料行为

PLE 既可执行弹性材料计算，也可执行塑性材料计算。在弹性计算中，应变与应力的关系始终保持线性。若采用弹塑性计算，则应力-应变关系更为复杂，但基本原理是应力会限制在一个上限值内，即使应变继续增加。程序将计算局部区域材料屈服时发生的塑性变形。反之，若塑性变形超出局部范围，程序将对管道即将发生的失稳破坏发出警告。

各向异性材料行为计算

由玻璃钢等夹芯复合材料制成的管道同样可在PLE中进行模拟。程序可基于各向异性材料属性执行材料线性计算。针对此类材料，程序能够区分材料在纵向与环向上的刚度模量，并能分离法向应力与弯曲应力。此外，泊松比也可在轴向与环向应力状态之间进行差异化设置。

非线性材料行为计算

PLE 既可执行材料线性计算，也可执行材料非线性计算。在线性计算中，应变与应力始终保持线性关系。而在非线性（或称弹塑性）计算中，应力-应变关系则更为复杂，但基本原理是应力将趋于一个上限值，即使应变持续增加。程序将计算材料在局部区域屈服时发生的塑性变形；反之，若屈服超出局部范围，程序将对管道即将发生的失稳破坏发出预警。

非线性几何行为计算

PLE 既可执行几何线性计算，也可执行几何非线性计算。二者的区别在于：线性计算基于未变形的梁体建立平衡方程，而非线性计算则基于变形后的梁体。当多个荷载作用于管道时，几何非线性计算会考虑荷载间的交叉影响，这使得计算过程更为复杂，但所得结果也更为贴近实际。

分阶段计算

分阶段计算功能支持通过导入来自其他设计数据库的管道位移与土体反力数据（包含前一施工阶段的结果），实现对管道-土体结构的初始状态定义。在阶段之间，可对模型进行修改，例如增删连接或调整土体参数。这为复杂工况（如钢套钢结构的预张拉模拟）提供了便捷的建模途径。

交替屈服校核

PLE 能够依据 NEN 3650-2 规范第 D3.4 节所述方法进行交替屈服计算。这是一种材料线性计算，旨在判断管道是否会因变形引发材料塑性变形而受损。程序采用一种通用计算流程来评定交替屈服准则，该流程允许主应力方向在不同荷载工况间变化。此类交替屈服计算结果也可作为程序外部进行低周疲劳（LCF）计算的基础数据。

低周疲劳校核

当前正在开发的功能将使PLE能够同时执行低周疲劳（LCF）校核。本质上，该功能类似于程序现已具备的交替屈服计算。LCF校核是一种材料线性计算，用于评估管道是否会因变形反复引起微小幅度的材料塑性变形而受损。此类变形发生频率低且次数有限，并非振动分析。若在正确的荷载工况与校核准则下进行分析，管道的低周疲劳问题可以得到有效管理，从而显著延长其使用范围或使用寿命。

斜接弯头

斜接弯头通过将切割管段按角度斜切并焊接制成，通常形成 45° 或 90° 弯头。此类弯头常见于饮用水、废水等低压管道，或用作钢套钢结构中的套管。PLE 可在特定条件下采用光滑弯头理论对其进行计算。程序需输入两项数据（斜切段数与几何弯曲半径或管段长度），以计算等效弯曲半径，进而确定此类弯头的荷载。计算可依据 TGSL-1986 或 NEN 3650-1:2020 规范进行。其应用范围限值已明确标注，并基于斜接弯头试验结果及相关管道规范确定。

预制保温钢质管道

预制保温钢质管道由钢制工作管、聚氨酯泡沫保温层和高密度聚乙烯（HDPE）外护管构成。利用PLE程序的涂层定义选项，可在程序中对此类管道进行建模，并考虑因外径（相对于承重管直径）增大所带来的土体效应。程序将计算侧向土体反力，该结果可用于确定作用于聚氨酯泡沫保温层的荷载。

钢套钢管道段

钢套钢（SiS，亦称钢套管管道 SCP）管段可通过专用程序模块进行建模。该模块支持对以下结构建模：内层（介质）钢管被外层（套管）钢管包裹，以实现隔热或作为附加安全防护。两层钢管可通过固定连接或滚动连接方式结合，后者允许内管相对于外管发生轴向位移。无论是沟埋敷设的钢套钢管段，还是水平定向钻（HDD）铺设的管段，均可进行建模。外层管道的任何位移都会通过滚动与固定连接自动传递至内管；内层管道的位移（如热荷载或预应力作用）同样会传递至外管。