热-机载荷作用下随动强化管道安定性分析的改进数值方法

发布时间：2021-11-21 23:08

　　安定性分析是一种有效的预测压力管道在热-机载荷作用下的棘轮与交变塑性失效的方法。为了克服现有安定性分析方法无法同时考虑材料的随动强化行为以及温度对材料性能的影响的缺点,提出一种基于降维迭代法的数值算法。该算法将同时考虑随动强化和依赖于温度的屈服函数的安定性分析问题转化为具有固定屈服面的理想弹塑性安定性分析问题,降低了求解的复杂性。算例表明,方法可以提高热-机载荷作用下压力管道棘轮与交变塑性失效预测的准确性,具有一定工程应用价值。 

【文章来源】：机械强度. 2020,42(02)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

算法流程图

图1 算法流程图图3表明，在材料为理想弹塑性时，圆柱壳只有内压载荷时本文方法得到的安定性载荷为8.18 MPa，与文献解十分吻合。当载荷中包含温差载荷之后，本文解与文献解在趋势上一致，但本文方法预测得到的安定性载荷比文献解偏小。这是由于文献[15]4524-4540中假设于圆柱壳壁厚方向上的温度梯度按对数分布，实际上，当在稳态传热过程中，圆柱壳壁厚方向上的温度为线性分布，采用对数温度分布过低估计了热应力，从而导致包含热应力的情况下安定性载荷预测结果偏大，而本文方法采用的温度分布是通过有限元方法实际计算得到的，无需对温度分布进行任何假设，这是导致本文解与文献解差异的原因，也是本文方法的一个优势。

当包含热载荷以后，考虑温度对材料影响的安定性载荷域相比于不考虑温度影响的情况下有所降低，这是由于温度载荷导致材料强度降低，失效温差载荷越大，材料强度越低，则安定性边界缩小越明显，若不考虑温度对材料性能的影响，将会过高估计热载荷作用下的安定性边界，导致非保守预测结果。本文方法成功地在安定性分析中同时反映了温度以及随动强化对安定性载荷的影响，表明本文方法是合理的。第二个算例是承受内压和温差的90°弯管，其承受载荷与第一算例相同，内部承受可变动的内压p以及温度T1，外部温度恒为T0=0℃，几何尺寸及有限元模型(1/2子模型)如图4所示。分别采用理想弹塑性材料模型和随动强化材料模型在屈服函数与温度无关和非线性相关的条件下计算该弯管的安定载荷域，结果见图5。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]循环热—机械载荷下压力管道的棘轮极限研究[D]. 彭红宇.武汉工程大学 2016



本文编号：3510434