基于容器壁结构蠕变损伤有限元准确性预测研究
发布时间：2021-04-06 04:07
在ANSYS有限元程序中,通过修改用户定义的蠕变材料子程序,将具有损伤参数的本构模型引入到ANSYS有限元程序中,通过基于里茨法的梁与矩形板弯曲问题解的比较,验证了该方法的正确性.各种数值试验表明,对于容器壁结构的蠕变分析,通过长期观测网格尺寸和对单元类型的敏感性分析,可准确预测容器壁结构蠕变损伤状况.
【文章来源】：湖南工程学院学报(自然科学版). 2019,29(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１用ＡＮＳＹＳ程序和塑料外壳单元求解伯努利梁为了比较单元类型对蠕变损伤解的影响（最大１．８单元；２．１０单元；３．２０单元；４．４０单元；５．８０单元；６．２００单元
最大主应力负载条件下），使用具有８０个单元的外壳４３单元和沿梁轴与８０个单元和沿法向轴４个单元啮合的４节点平面应力单元平面４２进行计算，用外壳单元、平面应力单元和使用里茨方法得到的最大挠度的时间相关解，如图２所示．可以看出，如果将材料损伤对应力状态的敏感性考虑在内，则外壳单元和平面单元所得结果实质上不同．寿命预测的差异大约为３０％．为了比较，本文绘出了两个基于里茨方法的收敛解，适用于具有伯努利假设的梁，如图３所示．对于厚度积分，第一种解由５个高斯点得到曲线３，第二种解由９个高斯点得到曲线４．用相同数目的形状函数Ｎ＝８，Ｍ＝８得到两个解．９个高斯点的解与平面应力解比较吻合，特别是最大负应力的时变性，图３（ｂ）中，５个高斯点的解与外壳单元的解比较吻合．因为元件外壳４３包含５个高斯点．从厚度积分的要点可以得出结论，在蠕变损伤计算中应使用外壳单元进行更精确的厚度积分，材料模型反映了损伤演变对拉伸和压缩载荷的不同敏感性．在蠕变损伤计算中应当使用外壳单元进行更精确的厚度积分，材料模型反映了损伤演化对拉伸和压缩载荷的不同敏感性．１．外壳４３；２．平面４２；３．５个高斯点用于厚度积分；４．９个高斯点用于厚度积分图２梁的时间相关偏转图３梁的时间相关应力３容器壁的蠕变损伤预测类似于伯努利梁，用基尔霍夫假设可建立容器壁的蠕变损伤预测问题．并考虑有限挠度的几何非线性项，包括蠕变应变和损伤的容器壁理论的控制方程．混合形式的变分泛
（ξ）ＸΦηｊ（η）（１０）使用为整个容器壁定义的形状函数．乘积Ｘｗξ０（ξ）Ｘｗξ０（η）通过给定的载荷表示为弹性挠度函数．选择函数Ｘｗξｉ（ξ）和Ｘφξｉ（ξ）作为横向振动梁的本征函数．在图４中，给出了一个被ｑ＝１０ＭＰａ均匀分布在正方形区域上横向加载的固定方板随时间变化的最大挠度（如板长ｌ＝８００ｍｍ，厚度－ｈ＝２７ｍｍ）．１．外壳４３；２．固体９５；３．基于里茨方法的解图４夹紧方板的与时间相关的最大挠度材料常数与梁的例子相同．在第一个例子公式中，设置了ａ＝０．公式（２）假设损伤演化只依赖于冯·米塞斯应力．这种依赖性假定拉伸和压缩载荷的损坏率相同．第一个解法（如图４所示，曲线１）是用矩形壳元素和一个２０×２０单元的四分之一的板得到的．第二解（如图４所示，曲线２）是基于２０个节点的固体元素（３ｄ）和２０×２０的元素，占四分之一的板和厚度方向的３个元素．利用里茨求解技术得到了第三种解法．所有的解决办法都是一致的．此外，如图５所示，可以看到这三个解的良好一致性，因为冯·米塞斯应力的时间变化分布在两个高斯点（在板的中间，底部和夹紧边缘的中间上）．在第二个例子中，设材料模型（２）中ａ＝１，假设与损害演化的σⅠ有依赖关系．图５冯·米塞斯应力在两点中的时间变化如图６所示，用外壳单元、固体单元和里茨方法得到了随时间变化的最大挠度的三个收敛解
【参考文献】：
期刊论文
[1]P91钢蠕变损伤的非线性超声检测方法研究[J]. 谷涛,王强,胡斌,孙亮,赵潇男,梁晓瑜. 机械工程学报. 2018(24)
[2]全海深沉积物保压容器有限元分析[J]. 刘广平,金永平,彭佑多,万步炎. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]汽轮机转子钢蠕变损伤的非线性超声评价[J]. 张萌,轩福贞. 机械工程学报. 2016(02)
[4]DD6镍基单晶合金气膜孔薄壁平板高温蠕变性能[J]. 艾兴,高行山,温志勋,刘大顺,岳珠峰. 航空动力学报. 2014(05)
[5]简单结构平面应力等比例加载塑性失稳研究[J]. 邓阳春,陈钢,杨笑峰. 机械强度. 2010(04)
[6]从压力容器有限元分析结果中分解一次弯曲应力的一种方法[J]. 高炳军,杨国政,董俊华,李金红. 机械强度. 2008(02)
本文编号：3120727
【文章来源】：湖南工程学院学报(自然科学版). 2019,29(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１用ＡＮＳＹＳ程序和塑料外壳单元求解伯努利梁为了比较单元类型对蠕变损伤解的影响（最大１．８单元；２．１０单元；３．２０单元；４．４０单元；５．８０单元；６．２００单元
最大主应力负载条件下），使用具有８０个单元的外壳４３单元和沿梁轴与８０个单元和沿法向轴４个单元啮合的４节点平面应力单元平面４２进行计算，用外壳单元、平面应力单元和使用里茨方法得到的最大挠度的时间相关解，如图２所示．可以看出，如果将材料损伤对应力状态的敏感性考虑在内，则外壳单元和平面单元所得结果实质上不同．寿命预测的差异大约为３０％．为了比较，本文绘出了两个基于里茨方法的收敛解，适用于具有伯努利假设的梁，如图３所示．对于厚度积分，第一种解由５个高斯点得到曲线３，第二种解由９个高斯点得到曲线４．用相同数目的形状函数Ｎ＝８，Ｍ＝８得到两个解．９个高斯点的解与平面应力解比较吻合，特别是最大负应力的时变性，图３（ｂ）中，５个高斯点的解与外壳单元的解比较吻合．因为元件外壳４３包含５个高斯点．从厚度积分的要点可以得出结论，在蠕变损伤计算中应使用外壳单元进行更精确的厚度积分，材料模型反映了损伤演变对拉伸和压缩载荷的不同敏感性．在蠕变损伤计算中应当使用外壳单元进行更精确的厚度积分，材料模型反映了损伤演化对拉伸和压缩载荷的不同敏感性．１．外壳４３；２．平面４２；３．５个高斯点用于厚度积分；４．９个高斯点用于厚度积分图２梁的时间相关偏转图３梁的时间相关应力３容器壁的蠕变损伤预测类似于伯努利梁，用基尔霍夫假设可建立容器壁的蠕变损伤预测问题．并考虑有限挠度的几何非线性项，包括蠕变应变和损伤的容器壁理论的控制方程．混合形式的变分泛
（ξ）ＸΦηｊ（η）（１０）使用为整个容器壁定义的形状函数．乘积Ｘｗξ０（ξ）Ｘｗξ０（η）通过给定的载荷表示为弹性挠度函数．选择函数Ｘｗξｉ（ξ）和Ｘφξｉ（ξ）作为横向振动梁的本征函数．在图４中，给出了一个被ｑ＝１０ＭＰａ均匀分布在正方形区域上横向加载的固定方板随时间变化的最大挠度（如板长ｌ＝８００ｍｍ，厚度－ｈ＝２７ｍｍ）．１．外壳４３；２．固体９５；３．基于里茨方法的解图４夹紧方板的与时间相关的最大挠度材料常数与梁的例子相同．在第一个例子公式中，设置了ａ＝０．公式（２）假设损伤演化只依赖于冯·米塞斯应力．这种依赖性假定拉伸和压缩载荷的损坏率相同．第一个解法（如图４所示，曲线１）是用矩形壳元素和一个２０×２０单元的四分之一的板得到的．第二解（如图４所示，曲线２）是基于２０个节点的固体元素（３ｄ）和２０×２０的元素，占四分之一的板和厚度方向的３个元素．利用里茨求解技术得到了第三种解法．所有的解决办法都是一致的．此外，如图５所示，可以看到这三个解的良好一致性，因为冯·米塞斯应力的时间变化分布在两个高斯点（在板的中间，底部和夹紧边缘的中间上）．在第二个例子中，设材料模型（２）中ａ＝１，假设与损害演化的σⅠ有依赖关系．图５冯·米塞斯应力在两点中的时间变化如图６所示，用外壳单元、固体单元和里茨方法得到了随时间变化的最大挠度的三个收敛解
【参考文献】：
期刊论文
[1]P91钢蠕变损伤的非线性超声检测方法研究[J]. 谷涛,王强,胡斌,孙亮,赵潇男,梁晓瑜. 机械工程学报. 2018(24)
[2]全海深沉积物保压容器有限元分析[J]. 刘广平,金永平,彭佑多,万步炎. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]汽轮机转子钢蠕变损伤的非线性超声评价[J]. 张萌,轩福贞. 机械工程学报. 2016(02)
[4]DD6镍基单晶合金气膜孔薄壁平板高温蠕变性能[J]. 艾兴,高行山,温志勋,刘大顺,岳珠峰. 航空动力学报. 2014(05)
[5]简单结构平面应力等比例加载塑性失稳研究[J]. 邓阳春,陈钢,杨笑峰. 机械强度. 2010(04)
[6]从压力容器有限元分析结果中分解一次弯曲应力的一种方法[J]. 高炳军,杨国政,董俊华,李金红. 机械强度. 2008(02)
本文编号：3120727
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3120727.html
