基于ANSYS的极限载荷分析评定方法与结果讨论

发布时间：2021-09-07 05:13

　　探讨了极限载荷分析在有限元软件ANSYS中的实现方法,并针对载荷系数法、塑性垮塌载荷法、两倍弹性斜率法、双切线相交法和零曲率法关于极限载荷值的确定和评定方法进行了对比讨论,载荷系数法的评定准则不需要直接确定极限载荷值,在工程应用中最易于操作和实现;塑性垮塌载荷法在载荷增量步设置较小的情况下,可计算得到最为精确的极限载荷值;其余三种方法均基于载荷-位移曲线本身来确定极限载荷值。在计算精度方面,塑性垮塌载荷法可获得最高精度,零曲率法次之,双切线相交法在可接受范围内,两倍弹性斜率法最差。极限载荷分析可替代应力分类法中一次应力极限的校核,但不能替代考虑循环加载安定失效模式的一次+二次应力校核。 

【文章来源】：化工设备与管道. 2020,57(03)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

零曲率法确定极限载荷值

极限载荷分析的本构模型一般采用理想弹塑性模型（用于数值计算，如有限元法）或理想刚塑性模型（用于解析求解，忽略弹性变形阶段，只考虑塑性变形阶段，便于简化偏微分方程），两种塑性模型均不考虑材料的应变硬化特性，在理论上求解得到的极限载荷是相同的。本文有限元法采用ANSYS内置的基于Von-Mises屈服准则、关联流动准则和小位移理论的双线性等向强化（BISO）模型，将切线模量设置为0并定义屈服强度为235.8 MPa，以符合极限载荷分析的理论假设和理想弹塑性的数值模型[5]（如图2 所示）。有限元模型位移和载荷边界条件：在球形封头下端面施加环向和轴向位移约束，壳体和接管对称面施加对称约束、内表面均施加均布压力，法向和侧向接管端面均施加相应的等效压力[7]。极限载荷分析载荷施加需采用由零到最大值的逐步递增的一次加载方式且载荷增量必须恒正，为获得较为平滑的载荷-位移曲线和更为精确的极限载荷值，需将载荷增量设置的足够小并在进入塑性阶段后进一步减小（可通过ANSYS中的载荷增量步和自动时间步长等技术来实现）。另外，所有载荷的施加应采用等比例加载的方式[8]（即各种载荷按相同的百分比同时由零增加到最大值）。

有限元模型位移和载荷边界条件：在球形封头下端面施加环向和轴向位移约束，壳体和接管对称面施加对称约束、内表面均施加均布压力，法向和侧向接管端面均施加相应的等效压力[7]。极限载荷分析载荷施加需采用由零到最大值的逐步递增的一次加载方式且载荷增量必须恒正，为获得较为平滑的载荷-位移曲线和更为精确的极限载荷值，需将载荷增量设置的足够小并在进入塑性阶段后进一步减小（可通过ANSYS中的载荷增量步和自动时间步长等技术来实现）。另外，所有载荷的施加应采用等比例加载的方式[8]（即各种载荷按相同的百分比同时由零增加到最大值）。2 极限载荷分析评定方法和结果讨论

【参考文献】：
期刊论文
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[5]ANSYS极限载荷分析法在压力容器设计中的应用[J]. 白海永,方永利.  压力容器. 2014(06)
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[7]极限载荷分析法在压力容器分析设计中的应用[J]. 沈鋆.  石油化工设备. 2011(04)
[8]压力容器分析设计的塑性分析方法[J]. 陆明万,寿比南,杨国义.  压力容器. 2011(01)
[9]确定实际极限载荷的零曲率准则[J]. 章为民,陆明万,张如一.  固体力学学报. 1989(02)



本文编号：3388910