基于有限元法壓力容器分析設(shè)計(jì)方法的評(píng)議.pdf

1、國(guó)內(nèi)外自分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以來，人們就在不斷嘗試更好地利用有限元法實(shí)現(xiàn)壓力容器的分析設(shè)計(jì)。然而直到今日，在這一領(lǐng)域仍存在具有廣泛爭(zhēng)議的問題，比如如何從有限元計(jì)算所得總應(yīng)力場(chǎng)中提取各類應(yīng)力尤其是一次彎曲應(yīng)力；應(yīng)力線性化處理在三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的適用性；分析設(shè)計(jì)對(duì)單元類型的要求與限制等。通過深入分析，澄清并解決這些問題對(duì)推動(dòng)壓力容器分析設(shè)計(jì)的發(fā)展具有重要的意義。本文通過對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的分析與評(píng)議，在如下幾方面進(jìn)行了探討。
　　 1、對(duì)典型壓力

2、容器軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)的應(yīng)力分類法進(jìn)行了分析與評(píng)議。分析表明，對(duì)于典型壓力容器軸對(duì)稱結(jié)構(gòu),應(yīng)力分類線與應(yīng)力分類面物理意義明確，現(xiàn)行應(yīng)力分類方法可行。對(duì)多種軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算表明對(duì)于部分壓力容器軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)可采用基于疊加原理的方法單獨(dú)施加引起一次彎曲應(yīng)力的載荷，即通過分步加載提取結(jié)構(gòu)的一次彎曲應(yīng)力。而對(duì)于壓力容器非軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)由于應(yīng)力分類線無明確物理意義，分類線與面無對(duì)應(yīng)關(guān)系，無法充分考慮結(jié)構(gòu)塑性變形時(shí)的應(yīng)力再分布，應(yīng)力分類線所得數(shù)據(jù)并不

3、能直接按塑性失效準(zhǔn)則限定，往往需要借助極限載荷分析反算應(yīng)力允許值，因此此類結(jié)構(gòu)宜首選直接法——極限載荷分析法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
　　 2、對(duì)基于有限元法壓力容器分析設(shè)計(jì)直接法進(jìn)行了分析與評(píng)議。發(fā)現(xiàn)雖然工程設(shè)計(jì)中常常采用彈性理想塑性模型及小變形假設(shè)確定結(jié)構(gòu)的極限載荷，但由于不能得到結(jié)構(gòu)的真實(shí)應(yīng)變，不能完整地考察結(jié)構(gòu)的變形情況，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們會(huì)更多地傾向于采用真實(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系并考慮幾何非線性對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行塑性分析，采用更為客觀

4、的準(zhǔn)則來確定極限載荷。以柱殼開孔接管結(jié)構(gòu)為例，采用彈性理想塑性模型并考慮幾何非線性對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了塑性分析，采用現(xiàn)有的16種確定塑性極限載荷的方法確定結(jié)構(gòu)的極限載荷并對(duì)各種方法進(jìn)行了分析比較，表明雙切線準(zhǔn)則及零曲率準(zhǔn)則更為客觀，而兩倍彈性斜率準(zhǔn)則操作性最強(qiáng)，ASME VIII-2(2007)發(fā)散點(diǎn)法對(duì)某些結(jié)構(gòu)在所確定的極限載荷下塑性應(yīng)變過大。對(duì)于雙切線準(zhǔn)則，塑性段切點(diǎn)位置可定義為5[％]的塑性應(yīng)變點(diǎn)或相鄰載荷子步塑性應(yīng)變?cè)隽繛?0-4～10