复杂条件下结构的安定性分析与评价方法研究

发布时间：2020-05-30 06:28

【摘要】：安定性分析是结构设计防止循环载荷下发生棘轮失效的重要内容,经典的安定理论在分析复杂结构或复杂材料模型时存在计算量大或偏于保守等方面的不足。围绕热棘轮这一过程装备中最常见的失效模式,针对热—机载荷下局部不连续模型、耦合延性损伤模型、非线性硬化—蠕变模型以及蠕变—棘轮交互模型等四个方面展开了安定性分析和试验研究,主要研究工作及结论如下：采用直接循环法分析了热—机载荷下厚壁开孔圆筒的安定极限载荷,探讨了开孔半径、厚度和轴向应力等因素的影响。研究表明,安定极限载荷随开孔半径的增大而减小,随圆筒厚度的增大而增大,而轴向压缩应力显著减小结构的安定域。建立了厚壁开孔圆筒安定评估的修正BREE图法,弥补了热—机载荷下厚壁开孔圆筒安定评估方法的不足。耦合Lemaitre延性损伤模型和Armstrong-Frederick非线性随动硬化模型,分析了循环热—机载荷下多层梁结构的安定行为。研究表明,当热载荷为主导时,2倍屈服极限也不能完全保证结构安全；当棘轮或过大塑性变形发生时,结构会达到临界损伤极限而失效,这避免了经典安定理论中过大塑性变形产生的不安全因素,改善了安定评估方法的可靠性。根据直接循环法研究了膜/基多层结构在弹—塑—蠕变机制下的安定行为,并考虑了非线性随动硬化、循环硬化等真实材料模型的影响。研究表明,在循环热应力控制载荷下,应力松弛效应在一定循环加载后趋于稳定,且多层结构趋于安定,但塑性变形存在一定程度的累积。提出了多层结构在弹—塑—蠕变机制下的安定规律,有利于膜/基结构的完整性评估。基于新型转子材料X12CrMoWVNBN10-1-1的疲劳—蠕变试验,研究了滞弹性蠕变回复及其对材料棘轮与安定行为的影响。研究表明,保载时间小于5min时,棘轮应变分量不断增加,但蠕变应变分量因滞弹性回复而趋于稳定；保载时间大于5min时,棘轮应变分量趋于安定,而蠕变应变分量逐渐增大。建立了考虑滞弹性回复的蠕变—棘轮叠加模型,可较好预测X12CrMoWVNBN10-1-1钢在疲劳—蠕变载荷下的变形行为,为结构的棘轮预测提供了理论依据。
【图文】：

计算结果图,模型,载荷图,典型结构

在核能、石油化工、航空航天及微电子等众多领域，结构的零部件往往承受变化的热一机载荷或其它的反复载荷组合，导致结构因过量的塑性变形累积而发生塑性垮塌或断裂，图1.2显示了典型结构在循环载荷作用下的失效实例。安定性分析用来确定结构在变化载荷作用下的临界安全载荷，为工程设计和安全评估提供可靠的理论依据。现行的设计规范在安定性分析方面I’一5]存在如下不足:一方面，仅有薄壁管道在热一机载荷下的安定极限理论模型，更复杂模型仅能依靠弹性分析(应力分类法)或循环理想弹塑性分析来评估结构的安定行为，缺乏复杂结构(如局部不连续结构)的简化安定设计方法;另一方面，规范中仅以简单理想弹塑性模型进行棘轮校核，，忽略了应变硬化、循环硬化及循环软化等反应真实响应的影响，计算结果过于保守。随着现代工业的发展和能源紧缺，人们对工程结构的安全性和经济性提出了更高的要求:保证结构安全可靠的同时，应尽可能发挥材料的承载能力。因此

几何模型,开孔,圆筒,几何模型

2.4.1几何模型承受恒定内压及循环热梯度载荷的厚壁径向开孔圆筒是典型的局部不连续结构，其几何模型如图2.1所示。图中，叮为径向开孔半径，尺和凡分别为厚壁圆筒的内径和外径，L为厚壁圆筒的长度。为便于比较，本章所有模型均采用相同的内径尺一30Omm及长度L一800~进行分析，而不同的厚度比则通过修改外径Ro实现。衫衫仃次次粉粉欢欢冲欲长万万万仔仔国国国星星 }}}… … …… LLL杯杯交衫多仔夕交衫多仔仔仔介衫杯丁丁图2.1开孔圆筒几何模型 Fig.2.1GeometrymodelofthePerforatedeylinder
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH123

【参考文献】