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应力分析设计规范的提出及问题存在

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:在1968年提出ASMEⅧ-2时,其所述的应力分类及其评定主要是以(薄)板壳理论方法为基础的,所以在其附录4以应力分析为基础的设计部分所列的应力分析方法都是板壳理论及其边缘连接的求解方法,除计算用于疲劳分析的总应力外,未提及有限元方法。

应力分析设计规范的提出及问题存在

应力分析设计的总体思路为:对压力容器各元件进行详细的应力分析,并将各种不同载荷引起的应力,根据其导出应力的方法、应力在元件上存在区域的大小、沿元件厚度分布的性质等,针对所计及的失效模式所起不同作用进行分类,对不同类别的应力规定以不同的限制条件。与之相配合,对材料选用、强度理论、安全系数、检测要求、制造、试验等都作出了和按规则设计不同的规定。显然,应力分析设计所计及的失效模式不仅包括弹性失效和弹性不稳定,而且还包括了过量的塑性变形、脆性断裂、蠕变变形(非弹性)、塑性不稳定—渐增的垮塌、低循环疲劳等。

在1968年提出ASMEⅧ-2时,其所述的应力分类及其评定主要是以(薄)板壳理论方法为基础的,所以在其附录4以应力分析为基础的设计部分所列的应力分析方法都是板壳理论及其边缘连接的求解方法,除计算用于疲劳分析的总应力外,未提及有限元方法。随着压力容器设计参数的越来越高,结构和载荷的越趋复杂,用板壳理论来求解元件应力已无能为力,必须釆用有限元等数值处理方法才能奏效,而釆用有限元方法所求得的总应力,要按照应力分类及其评定的理念进行设计,特别是用三维有限元时,首先遇到的是必须对总应力分解并正确分类,由于板壳理论方法和有限元方法的不同,所以存在一个用有限元所求得的总应力和根据板壳理论提出的应力分类方法所根据的应力不相匹配的问题,原Ⅷ-2除用列表方式对一些典型情况的应力分类加以说明外,并未提供更多的指导;虽然也提及塑性分析和极限分析,但并未更进一步作具体说明。这一问题一直困扰着压力容器行业,包括美国在内,各国都进行了多年研究,欧盟EN13445首先提出了结构应力的概念,根据峰值应力总存在于局部地区的特性,将由有限元法求得的总应力先通过外推法将它从总应力中扣除,然后将剩余的一次加二次应力(结构应力)根据沿壁厚的分布特性(均布及线性非线性)以及产生应力的原因(机械或温差)进行分类;ASMEⅧ-2也在2007版对原Ⅷ-2全部作了改写,目的之一是对某些结构、载荷甚为复杂的元件,提供能显示出最终失效时极限载荷的有限元方法进行分析,尽可能少用、甚至回避对由有限元所得总应力的分解和分类,与此同时,虽然也提供了对总应力分解的建议(资料性附录)方法,但说明对这一方法可以产生模棱两可结果的情况,推荐釆用能显示出最终失效时极限载荷的有限元方法进行分析。(www.xing528.com)

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