Shen的日志

如何对循环加载下的弹塑性棘轮分析结果进行验证

热12已有 31857 次阅读 2017-10-05 17:19

过去我们做的分析，弹性分析（都是一次加载）居多，很多人都是用远离不连续处的分析结果与公式计算结果进行对比，进而佐证分析结果的正确性。

如果采用弹塑性分析，验证问题会变得更加复杂。弹塑性分析可能是一次加载，也可以是循环加载。关于一次加载下的验证，可以参阅chenailuoding的日志（http://www.shebeiq.com/space.php?uid=6427&do=blog&id=923），讲解的非常好。

自从ASMEVIII-2（2007）给出了循环加载下基于弹塑性分析的棘轮评定后，国内一些专著和文章也开展了讨论并做了一些相关的分析实例。主要有（排序按出版时间）：

沈鋆. ASMEⅧ-2中简化的弹塑性分析方法中的塑性修正[J]. 化工机械, 2014, 41(1):65-68.

丁伯民. 对ASME Ⅷ-2关于“热应力棘轮现象评定”规定的商榷[J]. 化工设备与管道, 2014, 51(3):7-12.

沈鋆, 李涛. 对ASME Ⅷ-2(2013版)热应力棘轮评定方法修订的解读[J]. 化工设备与管道, 2016, 53(3):6-11.

沈鋆, 陈志伟, 刘应华. 基于弹性核评定准则的压力容器弹塑性棘轮分析[J]. 压力容器, 2016, 33(7):10-17.

石乾宇, 唐卉, 陈建龙,等. 热-机循环载荷作用下裙座结构的棘轮和疲劳评定[J]. 压力容器, 2017, 34(1):45-49.

PVP2017-65492 Case Study Of Shakedown Evaluation Of A Shell With Nozzle Based On Elastic-Plastic Analysis

设备圈也有多个帖子讨论了基于弹性核准则的棘轮分析：

1.出现弹性核以后，继续循环塑性应变继续增大，与核心不会变化产生矛盾？http://www.shebeiq.com/space.php?uid=2860&do=thread&id=2384

2.塑性变形为0，但结构显示渐增性变形，为什么？http://www.shebeiq.com/space.php?uid=2860&do=thread&id=2382

3.石工论文演示请老师石工指点及相关问题！http://www.shebeiq.com/space.php?uid=3172&do=thread&id=1327

我们用软件计算时，经过一些设置总能算出一些结果来，主要以下三种情况：

那么怎么知道自己已经掌握了分析过程和设置，或者如何佐证某个结构分析结果的合理性呢？

答案是：二维（考虑机械膜和热弯）结果可以和Bree（JB4732或ASMEVIII-2-2004及以前的热应力棘轮）对比，三维（考虑机械膜、热弯和热膜）结果可以和ASMEVIII-2-2007热应力棘轮对比。简要说明如下：

1.取热弯 2.5，见Bree图

按bree图，这时机械膜为0.4，如果取屈服为300MPa，那么机械膜为120MPa。

我们先在有限元软件里产生一个合适的温度场，使得热弯为2.5。

然后我们施加121MPa的机械膜，机械应力和热应力的分布如下：

计算结果如下：弹性核消失。评定不通过。

现在我们减小1MPa，施加机械膜120MPa，如下图

计算结果如下：有弹性核。评定通过。

结论：基于弹性核的弹塑性棘轮分析结果和bree的结果完全吻合，一个MPa都不会差。事实上，如果我们有足够的耐性，结果可以吻合到小数点以后好多位。

三维情况下完全类似，比如热弯取2.5，热膜取1，如果机械弯为0，这时的机械膜为0.3875.如果按屈服300.机械膜最大为116.25.

取机械膜116.5，则：（不过）

取机械膜116，则：（过）

结论：基于弹性核的弹塑性棘轮分析结果和新版ASME的热应力棘轮解析解的结果完全吻合，一个MPa都不会差。事实上，如果我们有足够的耐性，结果可以吻合到小数点以后好多位。

以后大家做完弹塑性棘轮后可自行验证正确性和合理性！

以上只是很简单的介绍，更多详细的数据和阐述，将放在我们的第四本书中。第四本书原本是合著的《大型压力容器分析设计实例》，因为大部分例子过于简单，出版社建议深化后再投稿。目前，第四本书我们打算深入讨论承压设备和部件分析设计中的十大典型问题（一些难点和前沿问题）。其中第十个问题打算针对“循环加载下的弹塑性棘轮分析相关问题”进行深入探讨。比如会深入讨论：ASMEⅧ-2（2007版）及之后版本将“壳体中热应力棘轮”改为“热应力棘轮评定”，去掉了“壳体”二字，到底指什么？不同的文献，有不同的观点（见下图）。这是个很有意思的议题。原来能用到哪儿，取决一个条件。