应力等效线性化处理中的若干问题.pdf

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1、第七届全国压力容器设计学术交流会议交流论文选登(二)应力等效线性化处理中的若干问题叶夏妮‘，刘福江，陆明万(1．中国石油大学石油工程学院，北京102249；2．清华大学工程力学系，北京100084)摘要：针对有限元计算应力等效线性化处理时遇到的若干问题进行研究，包括应力分类线和坐标系的选择、横剪应力的线性化、薄膜加弯曲应力强度大于总应力强度的原因、厚度方向正应力和平行于中面的剪应力的处理等。通过对典型算例中出现的一些具有普遍意义的现象进行分析，提出一种应力等效线性化处理的改进方法。关键词：等效线性化处理

2、；分析设计；压力容器中图分类号：0241．82文献标识码：A文章编号：1001—4837(2011)02—0054—05doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2011．02．011SomeProblemsonEquivalentLinearizationofStressesYEXia—ni，LIUFu—jiang，LUMing—wan(1．CollegeofPetroleumEngineer，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249，China

3、；2．Depa~mentofEngineeringMechanics，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：SomeproblemsonequivalentlinearizationofstressescalculatedbyFEAwerestudied，includingtheselectionofthestressclassificationlineandcoordinatesystem，thelinearizationoftransvers

4、eshearforces，thereasonwhymembraneplusbendingstressintensityislargerthantotalstressintensity，thetreatmentofthenormalstressalongthicknessandtheshearstressparalleltothemid—surfaceetc．Throughanalyzingsomegeneralphenomenonarisinginseveraltypicalexamples，amodi

5、fiedmethodfore—quivalentlinearizationofstresseswasproposed．Keywords：equivalentlinearizationofstresses；designbyanalysis；pressurevessels泛应用，并已纳入美国ASMEVI一22007规范0引言和欧盟EN13445—32002标准。我国JB4732-_95《钢制压力容器——分析设计标准》规压力容器的弹性应力分析设计方法要求对有范也在其标准释义中给予大力推荐。Holinger等限

6、元计算得到的应力进行分类。基于合力等效和对此进行了深入而有意义的研究。文献[5]合力矩等效的基本原理，Kroenke等⋯提出了从中比较了4种等效线性化处理的方案，其中包括计算应力中分解出薄膜应力和弯曲应力的有效方对6个应力分量全部进行线性化处理的标准算法法，简称为应力等效线性化处理。经过30余年的(简称六分量法)。这些研究最终推荐方案为：计发展，该方法在压力容器分析设计中已经得到广算弯曲应力强度时，只考虑定义环向和轴向弯矩·54·第28卷第2期压力容器总第219期时用到的环向和轴向2个正应力分量，另外4

7、个弯曲应力可按下式计算：应力分量(包括厚度方向正应力、中面剪应力和2(=(2)个横剪应力)都不必做线性化处理，但在计算总应力强度时应该包括全部6个应力分量。陆明万线性化应力()由薄膜和弯曲应力叠加而等_l¨对等效线性化处理中横剪应力的处理和应成。峰值应力等于总应力与薄膜加弯曲应力之力强度线的折返现象等问题进行了讨论。差：等效线性化处理方法来源于板壳理论。在板(or)L=()+()6(3)壳理论中，薄膜应力和弯曲应力都是平行于中面()p=()一(or)L的正应力，分别沿厚度均匀分布和线性分布。而=()-[

8、(if)+(or)6](4)横剪应力沿厚度呈抛物线分布，它既不是薄膜应力又不是弯曲应力。本文在文献[11]的基础上2应力分类线及坐标系的选择对应力等效线性化方法进行修正，提出更符合板壳理论基本概念的方法。每点的应力状态不仅与点的位置有关，还与截面的方位有关，应力分量的值又与坐标系的选1等效线性化基本原理择有关。所以应力分类线的取向和坐标系的选择会对应力等效线性化处理产生影响。以图2所示所谓等效线性化处理就是把计算应力分布曲楔形悬臂梁为例，取