基于有限元法壓力容器分析設(shè)計方法的評議.pdf

1、國內(nèi)外自分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)實施以來，人們就在不斷嘗試更好地利用有限元法實現(xiàn)壓力容器的分析設(shè)計。然而直到今日，在這一領(lǐng)域仍存在具有廣泛爭議的問題，比如如何從有限元計算所得總應(yīng)力場中提取各類應(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)計對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推動壓力容器分析設(shè)計的發(fā)展具有重要的意義。本文通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)的分析與評議，在如下幾方面進(jìn)行了探討。
　　 1、對典型壓力

2、容器軸對稱結(jié)構(gòu)分析設(shè)計的應(yīng)力分類法進(jìn)行了分析與評議。分析表明，對于典型壓力容器軸對稱結(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。對多種軸對稱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計算表明對于部分壓力容器軸對稱結(jié)構(gòu)可采用基于疊加原理的方法單獨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。而對于壓力容器非軸對稱結(jié)構(gòu)由于應(yīng)力分類線無明確物理意義，分類線與面無對應(yīng)關(guān)系，無法充分考慮結(jié)構(gòu)塑性變形時的應(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)計計算。
　　 2、對基于有限元法壓力容器分析設(shè)計直接法進(jìn)行了分析與評議。發(fā)現(xiàn)雖然工程設(shè)計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)的真實應(yīng)變，不能完整地考察結(jié)構(gòu)的變形情況，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，人們會更多地傾向于采用真實的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系并考慮幾何非線性對結(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，ASME VIII-2(2007)發(fā)散點法對某些結(jié)構(gòu)在所確定的極限載荷下塑性應(yīng)變過大。對于雙切線準(zhǔn)則，塑性段切點位置可定義為5[％]的塑性應(yīng)變點或相鄰載荷子步塑性應(yīng)變增量為10-4～10