應力分類與應力線性化

2021-02-19 正脈科工 CAE

1、應力分類

基於等效應力的方法來評定結構強度，在壓力容器應用中存在問題，為了提高計算精度因此需要將應力進行分類，然後針對不同類型的應力，採用分別評價方法。

應力可以從不同角度進行分類:

-就其範圍而言，可分為總體應力和局部應力；

-按照沿壁厚的分布情況可以分為均勻分布(薄膜應力)；線性分布〔彎曲應力)，線性分布的應力。

-按照其性質可分為一次應力；二次應力和峰值應力。

這些應力分類往往又是相互交叉的，經常使用的包括:一次總體薄膜應力、一次彎曲應力，一次局部薄膜應力、二次應力和峰值應力。壓力容器規範中，應力從不同角度分類：從範圍分為總體應力和局部應力；按照沿壁厚的分布情況分為均勻分布（薄膜應力），線性分布（彎曲應力）和非線性分布應力，按性質分為一次應力，二次應力，峰值應力，這些應力往往互相交叉，常用的有一次總體薄膜應力，一次彎曲應力，一次局部薄膜應力，二次應力和峰值應力等。

一次應力：是平衡壓力和其他機械載荷引起的必須的應力，包括法向應力和剪切應力，是基本應力，沒有自限性，當一次應力超過材料屈服點時，會引起整體塑性變形而失效。一次應力又可分為一次總體薄膜應力Pm，一次彎曲應力Pb和一次局部薄膜應力Pl。

二次應力：為滿足外部約束條件或結構自身變形連續需要的應力。有自限性。一次應力沒有自限性指當應力達到屈服後，在載荷的推動下，結構整體的塑性流動無法限制，而形成垮塌，而二次應力自限性指由於一次應力控制在彈性範圍，二次應力超過屈服點，局部產生塑性變形，該變形一旦彌補一次應力引起的彈性變形的不連續，變形協調滿足後，塑性變形不再發展，破壞就不會繼續。如筒體和封頭的連接，為消除二者之間徑向位移不連續而附加的薄膜應力和彎曲應力。

2、基於ASME標準的分類應力的強度評定

基於應力分析和應力分類的強度評定中通常採用第三強度理論，評定時，選取穿過壁厚的評定線，即確定路徑，將評定線上的應力分解為薄膜應力、彎曲應力和峰值應力，求取應力強度，按照不同的原則進行評定，如表，其中Sm為設計許用應力，Sa為疲勞曲線得到的許用應力強度幅。

注意事項：

1) 為了將溫差帶來的應力和壓力及其他機械載荷分開，作為不同的工況分別計算。

2) 正確對應力進行分類是強度評定的關鍵問題，需要分析人員根據應力產生原因做具體判斷。

3) 應力評定線是穿過壁厚的直線。通常都取在最危險位置，因此計算應力強度後，再在最大應力位置及鄰近區域取多條評定線，分別進行評定。

4) 靜載分析評定前四項，疲勞分析評定所有項目。

3、應力線性化理論

membrane values of the stress

4、應力線性化方法

首先，要進行應力線性化，必須定義適當的路徑，classic中通過命令【ppath】進行，這裡方法是在model標籤上右鍵插入ConstructionGeometry，如圖：

選擇後，Outline中出現ConstructionGeometry選項，在選項上右鍵插入path，如圖：

插入路徑後，顯示如下圖所示路徑的Detail選項卡，黃色區域是對路徑的定義區域，目前版本只能定義兩點的路徑，可已通過選擇點、線、面或者坐標的方式定義起、止點【默認的，face模式，則取點為面中心，edge模式，取點為其中點，vertex模式，取點為模型上存在的點，坐標模式，取點為滑鼠點擊的模型表面任一點，選中的點都可以Detail項中的x，y，z坐標值進行調整

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