應(yīng)力分析結(jié)果解讀
2022-04-21 15:01:07
作者：理化檢驗(yàn)物理分冊(cè) 來源：理化檢驗(yàn)物理分冊(cè)
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1 不同強(qiáng)度理論的主應(yīng)力表達(dá)式
不同類型的材料存在不同的強(qiáng)度理論，常用的強(qiáng)度理論有四種。四種強(qiáng)度理論的相當(dāng)應(yīng)力最終由三個(gè)主應(yīng)力按一定形式組合而成。針對(duì)具體的工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，首先需要根據(jù)材料類型選擇合適的強(qiáng)度理論，進(jìn)而關(guān)注所需的主應(yīng)力組合形式。
工程機(jī)械結(jié)構(gòu)材料以碳鋼、合金鋼等塑性材料為主，一般情況下采用第四強(qiáng)度理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。鑄鐵材料在一些非焊接結(jié)構(gòu)上也有應(yīng)用，這種情況的強(qiáng)度校核應(yīng)該采用第一強(qiáng)度理論。
2 應(yīng)力線性化
根據(jù)美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（American Society of Mechanical Engineers，ASME）編著的《鍋爐和高壓容器規(guī)范》第三章第1部分NB段的描寫，應(yīng)力線性化是分析高壓容器的一個(gè)重要部分。這里，我們需要將壓力分為主要應(yīng)力或次應(yīng)力。
主要應(yīng)力用于保持力和力矩平衡的應(yīng)力，次應(yīng)力由其他效應(yīng)引起。通常，次應(yīng)力是由幾何不連續(xù)性或位移控制的載荷引起的局部效應(yīng)。次應(yīng)力超過彈性極限時(shí)不會(huì)導(dǎo)致屈服破壞，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)重新分布了。
在分析過程中，應(yīng)力分析沿截面的多條線進(jìn)行，稱為應(yīng)力分類線（stress classification lines，SCL）。由于應(yīng)力分類線不唯一，因此我們必須根據(jù)工程判斷來確定關(guān)鍵的線路。
盡管不是完全正確（但是保守），線性化應(yīng)力有時(shí)被視為等效于主要應(yīng)力。如果無需詳細(xì)說明，該規(guī)范的基本要求是：
·主要膜應(yīng)力的應(yīng)力強(qiáng)度（Tresca 等效應(yīng)力）不應(yīng)超過屈服應(yīng)力的 2/3。當(dāng)僅存在膜應(yīng)力時(shí)，抵抗塑性破壞安全系數(shù)為 1.5。
·膜應(yīng)力與彎曲應(yīng)力之和的應(yīng)力強(qiáng)度不應(yīng)超過屈服應(yīng)力。如果僅存在彎曲應(yīng)力，則抗破壞的安全系數(shù)也為1.5。這是因?yàn)樵谶@種情況下，初始屈服不等于截面的完全屈服破壞。
·允許次要應(yīng)力達(dá)到屈服極限的兩倍。
·有類似的需求，但需要具有更高的安全系數(shù)，以防止達(dá)到極限應(yīng)力。
有趣的是，如果膜應(yīng)力正好達(dá)到第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所允許的極限值，仍允許增加一定量的彎曲應(yīng)力。由上文的討論可知，這是因?yàn)閺澢鷳?yīng)力減少了部分截面應(yīng)力。
如上所述，當(dāng)涉及靜態(tài)失效時(shí)，具體的應(yīng)力狀態(tài)并不重要，因?yàn)槠茐臓顟B(tài)下的應(yīng)力分布完全由力和力矩平衡確定。在下圖中，將破壞作用曲線與規(guī)范規(guī)定的應(yīng)力極限進(jìn)行了比較。
ASME 基本壓力標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)力由屈服應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)化。
應(yīng)當(dāng)指出，由于高壓容器通常在高溫下運(yùn)行，因此允許應(yīng)力的室溫值可能不夠充足。
為了避免在每個(gè)載荷循環(huán)中積累塑性應(yīng)變，因低周疲勞而導(dǎo)致快速失效，要求次應(yīng)力避免重復(fù)加載-卸載循環(huán)時(shí)的循環(huán)塑性變形。
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標(biāo)簽： 應(yīng)力, 材料, 應(yīng)力分析
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