CSiPlant简介
CSiPlant是一个先进的且易于使用的管道及结构系统建模、分析和设计软件。
CSiPlant具有直观和智能的基于对象的图形界面，能够快速建立管道模型。其可定制的管道、组件和支吊架库，集成全面的管道规范校核，自动应用应力增大系数和柔性系数，以及导入详细结构分析模型等能力，意味着CSiPlant可以处理从简单到复杂的所有类型的管道系统的应力分析。凭借最新的单元、求解器和非线性分析能力，CSiPlant为各行业的管道工程师提供了先进的分析技术。
CSiPlant的详细介绍见“CSiPlant介绍”，可通过以下方式获取：
csiplant@pipevibration.com
support@csiamerica.com
CSiPlant快速入门
通过本教程您将快速了解以下内容：
CSiPlant用户界面
管道、弯头、三通、阀门、支撑等建模
容器建模
ASME B31J
分析设置
结果查看
学习本教程大约需要1小时，过程中如果有任何问题，请您发送至：
csiplant@pipevibration.com
让我们现在开始吧！
File > New Model新建模型
接受此选项卡的默认值，移至“默认属性（Default Properties）”选项卡，如下图所示。通过“默认属性”选项卡，用户可以指定管道设计规范、弹簧吊架库（以后可以更改）和轴网间距。本例中，选择ASME B31.3-2020设计规范，预加载B31.3材料属性库。
单击“Grid Only”按钮，弹出定义轴网对话框，如下图所示。使用轴网，建模时可以捕捉到轴网线的交点。
本例中，使用“Add”按钮添加X方向轴网线。轴网编号（Grid ID）设置到5，对应的坐标（Ordinate）为24m，单击OK。轴网线也可以设置成不等间距。
如果在建模过程中需要添加、删除或修改轴网线，用户可以在窗口的空白处单击右键，选择Edit Grid Data进行操作。
坐标系和单位显示在窗口的右下方，可以随时更改。如果鼠标光标捕捉到点/节点或轴网线交点，则该捕捉点的整体坐标将显示在屏幕的右下区域。
注意：整体坐标系（GLOBAL）的Z轴是竖直轴。
Define > Pipe SectionsImport From LibraryName of XML Property File打开”
如果是非标准管道截面，或者采用大直径管道模拟容器，则在定义管道截面（Define Pipe Sections）对话框中单击Add New按钮，指定管道直径、壁厚和材质设置自定义管道截面。
在Import Pipe Cross Section Definations对话框中，选择NPS 16 Sch.30STD，单击OK。
在Define Pipe Sections对话框中，管道材质（Material）选择A106-B-ASME B31.3-2020。单击截面属性（Section Properties）按钮，可以查看管道的截面属性信息。单击设计属性（Design Properties）对话框，可以修改默认的腐蚀余量、侵蚀余量和管道壁厚制造偏差。本例中保持这些默认值。
Define > Pipe Property SetsAdd New Property3
CSiPlant可以输入的带单位的数值，例如：在保温层厚度Thickness（m）位置，可以输入50mm，软件会自动转换为0.05m。
Define > Materials
绘制命令能够捕捉节点/点、轴网线交点和整体坐标轴的正负方向。除了从第三方程序导入，在CSiPlant中创建管道模型有两种方式：绘制命令和插入命令（在键盘上键入字母I可以方便地访问这些命令）。
接下来，将弯头曲率半径由“长半径”更改为“3D”，然后单击X方向上的下一个轴网线交点，然后沿–Z向下移动到下方轴网线2和A的交点处，如下图所示，左键单击该交点。此时，单击“Radius Type”右侧下拉箭头并键入字母L，将弯头曲率半径更改回“长半径”，这样只有第二层的两个弯头的曲率半径是3D。可以看到，在创建管道模型时，可以动态修改管道截面、弯头曲率半径等属性。
如下图所示，沿–Y方向移动鼠标，然后在键盘上键入5并按Enter键，CSiPlant将从弯头切线交点绘制一条5m长的管道。绘制命令能够捕捉节点/点、轴网线交点和整体坐标轴的正负方向。
如上图所示，在立面视图中，按住鼠标左键从左向右拖动进行选择。选定的单元和节点将高亮显示。
Edit > MoveCtrl+M
Assign > Pipe > Elbow radius
Assign > Pipe
3D
Define > Pipe sectionsOK
Define > Pipe Property SetsAdd New PropertyOK
接下来，沿–Y方向拖动鼠标以捕捉到该轴，输入5.5并按Enter键，如下图所示。请注意三通是如何自动添加的。
如下图所示，在–X方向上拖动鼠标，输入2.5m+80mm，然后按Enter键，单击右键将光标从终点分离。
在键盘上输入字母I，然后输入字母A，弹出如下插入对话框。
切换到“指定”（Assignments）选项卡，将三通类型从焊接三通（Welding Tee）更改为补强三通（Reinforced Fabricated Tee），如下图所示。
再切换到“设计”选项卡，可以看到SIF的值较高，是因为我们没有输入补强三通的补强厚度。
OK
除了单击右键修改三通以外，用户也可以通过选择一个或多个三通，然后单击Design > Assign design properties，对象类型选择Tee，修改三通属性。
管道支吊架在其作用的每个局部方向上可以具有不同的特性。对于固定架（Anchor），选项如下图所示。其他类型的支吊架，还有间隙、摩擦力和每个方向的多线性刚度等选项。
默认情况下，导向支架在水平管道的垂直和横向方向（管道局部坐标的2和3方向）都起作用，但用户可以为每个方向指定不同的间隙、摩擦和刚度等参数。
单击默认的导向属性，然后单击“添加属性副本”（Add Copy of Property）按钮，在“常规”（General）选项卡中将名称更改为Lat Guide，然后在“方向属性”（Directional properties）选项卡中在局部坐标轴2的正向和负向方向上指定支撑类型为Free，定义仅在横向起作用的导向支架。
用户可以定义自定义管道支吊架库以供重复使用。
OK
将属性更改成Lat Guide，在距离三通中心的支管上添加Lat Guide，如下图所示。
Define > Components > ValvesOK
Help > Documents > Design > Codes > Supplemental
单击XY视图，选择Z1平面，如下图所示，然后将窗口放大。单击“绘制阀门”（ Draw valve）图标，将阀门属性更改为我们刚刚导入的16”阀门。在远离弯头的X方向上移动鼠标，输入1.5，然后按Enter键，在距离弯头切线交点（TIP）1.5m处插入了阀门“起点”（Start point）。注意CSiPlant是如何从弯头切线交点、而不是从端点偏移，这与管道的ISO图是一致的。
绘制阀门后，单击“撤消”将其删除。
接下来，重新绘制阀门，同样是从弯头切线交点偏移1.5m，但这次将对象偏移参考更改为“端点”（End point），如下图所示。由于图纸可以标注阀门或法兰起点、中点或终点的尺寸，因此偏移参考可以使建模更加方便。
OK
将“移动”命令应用于选定的点/节点、阀门、法兰或管道支架时，仅移动它们的位置，而不会更改管道的总长度。
接下来，我们将选择管道施加温度和压力荷载。有几种不同的选择方式：左键单击、窗口缩放，或通过从右向左拖动窗口选择相交的所有元件。“选择”（Select）菜单还提供了其他一些有用的选择选项。本例中，使用“按管道选择”（Select by pipeline），选择对象标签为pipeline-A的管道，该管道是主管道。
OK
Assign > Pipe loads
对于外压，有几种压力荷载方法，需要注意使用哪种方法对于海洋立管和压力随深度变化的管道更方便。按键盘上的F1键了解更多信息。CSiPlant考虑了由于外压和内压引起的泊松效应的变化。
Define > Load patterns，荷载模式荷载工况
默认情况下，恒荷载（Self Weight）的自重乘数为1.0。几乎不会将自重乘数应用于其它荷载模式。否则，可能会加倍计算自重和质量。
风荷载和地震荷载模式通过激活与之关联的“自动模式”（Auto Pattern）选项，自动生成荷载。用户可以使用下面的对话框自动生成管道（和结构）上基于规范的风荷载。
我们先取消“风荷载模式”对话框，偶然荷载工况将在另外的教程中详细介绍。
通过选择地震荷载类型，可以施加加速度荷载（g），也可以使用“荷载工况”对话框应用静态加速度系数，以及定义响应谱和时程工况的选项。
我们先取消“地震荷载模式”对话框。
Define > Load Cases荷载工况
当定义了多个位移工况时，CSiPlant会自动减去位移应力工况之间的力矩，以校核这些工况之间的位移应力范围。如果最不利工况下的位移应力来自自动生成的工况范围，则该工况范围在设计报告中称为“控制荷载工况”（controlling load case）。
在查看荷载工况对话框时，注意荷载工况的选项，尤其是独特的荷载工况类型，例如：屈曲（Buckling）、里兹模态（Ritz modal）和非线性时程（Nonlinear time history），这在大多数其他管道应力分析软件中是没有的。
所有的荷载模式都可以作为荷载工况使用，但必须定义荷载工况才能使它们起作用。例如，您可以定义一个独立的INSULATION荷载工况，如下图所示。如果要为T1、P1单个荷载模式创建荷载工况，也需要执行相同的步骤。
对于持续应力工况，“参考温度”（reference temperature）默认情况下仅用于指定该荷载工况下的热态许用应力Sh，而不产生附加荷载。在B31.3中，压力伸长被视为持续应力工况的一种荷载。但在B31.1中，默认情况下，压力产生的持续应力计算公式为PD/4t。在确定B31.3的持续应力时，压力工况的计算应力将与GR重力工况的应力相加。注意“从结束状态继续”（Continue from End state of）是GR，这包含了持续应力工况下GR的影响。
对于压力设计荷载工况（也称为“环向应力”校核工况），“参考温度”（reference temperature）也仅是用于指定该荷载工况下的热态许用应力Sh，而不是施加的荷载。“参考压力”（Reference pressure）始终按照所采用的管道规范作为计算公式应用。有关如何应用压力计算公式的选项，见本教程随后将要介绍的“设计要求”（Design requests）对话框。
GR“重量”荷载工况自动组合管道自重、流体重量、隔热层重量、保护层重量和内衬层重量等荷载。
Select > Select > Select by Pipeline
Edit > Change labels/renumberApply
节点标签现在都是按顺序的整数。
报告中所显示的管道应力除了网格节点的以外，还有沿管道长度上多个点的应力，接下来以逻辑模式重新标记管道。
使用 “设置显示选项”（Set Display options）来显示管道标签，像之前一样选择Pipeline-A。返回编辑菜单>更改标签/重新编号，对象类型选择“管道”，勾选“使用用户重新标签方案”，按应用按钮接受默认值，然后关闭。
由于CSiPlant采用图形显示查看输出结果的功能强大且用途广泛，因此在CSiPlant中，标签并不像在其他管道应力分析软件中那么重要。尽管如此，CSiPlant的字母数字标签选项还是很有用的。
单击“运行分析与设计”(Run Analysis & Design)按钮，以查看分析和设计结果。分析和设计结果是分开运行的，所以当看到设计要求log文件时，表明已经完成。
屏幕右下角区域的单位可以随时切换。CSiPlant中的规范应力、支撑反力、内力/力矩和变形结果也可以以图形方式显示。
设计>定义设计要求
“设计校核”（Design checks）选项卡使用户可以控制每个应力类别如何进行分析。“刚度-温度相关”（Stiffness temperature dependence）意味着使用工作温度的模量。此处保持默认不做改变。
“设计首选项”（Design preferences）选项卡允许用户为每个DR（设计要求）指定设计参数，使用户能够使用多个DR进行敏感性分析。本例中，我们将SIF和柔性系数更改为ASME B31J。注意在对话的底部是每个高亮显示字段的帮助说明。
本例中，设计要求DR将使用附录D的SIF和柔性系数，设计要求DR-B31J将使用ASME B31J的SIF和柔性系数。从B31.3-2020开始，B31J现在是计算应力增大系数和柔性系数的唯一方法。
右侧窗口DR-B31J的最大位移应力为许用值的89.2%，而左侧窗口DR使用附录D的应力增大系数和柔性系数，最大位移应力超过许用值18.4%，如下图所示。
显示>显示表格Display > Show tables
这里，我们选择GR工况和两个运行工况，以查看支撑反力。由于选择了“除基本之外的所有”（All Except Base）结果集（Result Sets），DR和DR-B31J设计要求的结果都将在表格中显示。基本结果集（Base result）是没有应用应力增大系数或柔性系数的结果。设计应力结果（Design stress results）会自动为每个应力类别的所有适用的设计荷载工况生成结果。
“表格显示”（Table display）对话框的文件（File）菜单提供了导出到Excel的选项。支撑反力结果包括支撑标签、支撑的X/Y/Z坐标、支撑反力和支撑点处的管道位移。在CSiPlant表格中，右键单击任何列的顶部，以交互方式对结果进行排序和筛选。
压力容器或储罐与管道连接建模可以采用刚性件的方案，也可以将容器建模为大直径管道。接下来我们将采用大直径管道建立容器模型。
B31J的另一个潜在应用是计算管口/容器连接部位的柔性。
单击“解锁”图标解锁模型，然后转到“定义”>“管道截面”，定义直径为4.2m、壁厚为20mm的管道截面，如下图所示。
然后使用刚刚定义的DN4200的管道截面定义新的管道属性集，如下图所示。
容器建模方法是将现有管道延伸至容器中心线，然后插入容器管道。CSiPlant将自动将管口和容器中心线之间的管道转换为零重量的刚性件。
选择Anchor并按键盘上的Delete键将其删除。左键单击选择如图所示的点，键入I（用于插入），然后键入Q，弹出“插入管道“（Insert Pipe）对话框如下图。管道属性集选择16“STD CS，长度输入2.1m，单击“插入”按钮。
Apply
Apply
清除选择，然后单击以容器底部的点。将对象类型更改为Anchor，长度默认为0，单击Apply按钮插入固定点，然后单击Cancel完成插入命令。
在容器三通上单击鼠标右键，弹出“显示信息”（Display Information）对话框。在“设计”（Design）选项卡的“设计设置”（Design Settings）位置指定三通类型及B31J，补强板厚度输入20mm。采用B31J将在管口/容器连接处增加柔性，而不是在容器三通中心点。本例假设管口与容器连接处有补强。
连接到容器中心线的刚性件管段的应力结果和容器本身的应力可以忽略，因为它们是非管道元件。
考虑容器位移和管口处的柔性，以及考虑与管道和设备相关联的支撑结构，可以提供更真实的管道应力分析。
