如何选择应力分类线？

等效线性化方法的第一步，也是重要的一步，是确定应力分类线的位置。由于压力容器的结构形状、材料或载荷的改变，不连续区通常是元件的高应力区，对这些区域应进行详细的应力分析，应力分类线应设于应力最大处。如要对塑性垮塌和棘轮现象的失效模式做出评定，应力分类线应选在总体结构不连续处；如要评定局部失效和疲劳，应力分类线应选在局部结构不连续处。对于应力分类线跨越材料不连续的情况，应力分类线应计及所有材料和与之相关的载荷。如果评定塑性垮塌时忽略某一材料，则仅需采用母材厚度计算整个横截面上由线性化的力和力矩所引起的薄膜和弯曲应力。为了精确地确定线性化的薄膜应力和弯曲应力，并与弹性应力极限相比较，在选择应力分类线时，应遵守一些原则。这些原则可用来定性地评定不同应力分类线的适用性。这些原则中，若任何一条不能满足，则可能会选出无效的薄膜和（或）弯曲应力。对于弹性应力分析和应力线性化可以引起模棱两可结果的情况，建议采用极限载荷或弹塑性分析方法。为了使弹性有限元应力分析所得结果能与弹性应力极限相比较，应力分类线的选择应遵守如下指导原则。

①应力分类线应垂直于最大应力分量等场强线。如果实施比较困难，也可以垂直于横截面的厚度中心面，以获得类似的精度，如图5.2所示。

图5.2　应力分类线选择

②除了受应力集中和热峰值应力的影响外，应力分类线上的环向应力或经向应力单调增加或减小，如图5.3所示。

图5.3　环向应力或经向应力分布

③贯穿厚度的应力分布应单调增加或减小。对于压力载荷，贯穿厚度的应力在施压面上等于压力值，而在定义应力分类线的另一面上的应力值应近似等零，如图5.4所示。如果应力分类线不与表面垂直，则这些要求得不到满足。(www.xing528.com)

图5.4　穿过厚度的应力分布

④剪切应力的分布类似于抛物线，并且相对于环向应力及经向应力比较小。根据载荷的类型，在应力分类线所确定的两表面上，剪切应力近似为零，如图5.5所示。这里有两种情况：只有壳体内外表面平行且应力分类线与表面垂直时，剪切应力在应力分类线上的分布才近似抛物线。若两个表面不平行或应力分类线与表面不垂直，则不能得到合适的剪切应力分布。然而，如果剪切环向应力很小，则不需要考虑此“定向原则”；当剪切应力近似线性分布时，则剪切应力很有可能是非常重要的。

图5.5　剪切应力分布

⑤对承压边界处的元件，其环向和经向应力往往是最大的应力分量且起主导作用。如果应力分类线与内表面、外表面及厚度中心面是斜交的，那么环向和经向应力沿应力分类线单调增加和减小的趋势会有所偏离。对于大多数压力容器，由压力引起的环向及经向应力应近线性分布。

以上5项给出了应力分类线的选择原则，可以作为评估应力分类线适用性的定性方法，也为设计人员提供了重要依据和参考。