圆柱壳开孔接管区应力分类方法研究

论文摘要

圆柱壳开孔接管应力分析问题是一个在工程上重要而在力学、数学上困难的问题，目前普遍借助于有限元方法完成应力分析。以往的研究表明：将现行标准中通用的应力强度评定条件用于线处理法结果是很保守的；另外，将线处理法简单地由二维推广到一般三维结构也是不合理的。因此，如何对三维有限元结果进行应力分类和应力评定是当前最关键的问题。本文针对这一问题主要做了两个方面的研究：1.修正线处理法的应力强度评定条件。采用有限元方法对不同结构尺寸的受内压圆柱壳开孔接管模型进行了极限分析，将极限分析得到的许用载荷施加于结构进行弹性分析，采用线处理法在危险部位对结构的弹性名义应力进行了分类和分解，将各类应力强度的极限值作为应力强度评定条件。结果表明，在所计算的参数范围内，局部薄膜应力强度应不大于2.0，一次薄膜加一次弯曲应力的应力强度应不大于2.1。2.面内应力线性化方法研究。提出了应力分类面的位置、方向的确定原则，按照此原则选取了五个应力分类面的位置；将面内发生0.2%塑性应变的区域作为应力分类面的范围，通过大量计算得到了应力分类面扩展长度的经验计算式；提出了曲面内应力线性化方法。将极限分析得到的许用载荷施加于结构进行弹性分析，采用曲面处理法完成了各应力分类面内应力线性化，将各类应力强度的极限值作为面处理法的应力强度评定条件。结果表明，在所计算的参数范围内，不同应力处理面所得应力评定条件不尽相同，局部薄膜应力强度的限制条件为1.5～1.9，一次薄膜加一次弯曲应力的应力强度的限制条件为1.5～1.9。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 引言
• §1-2 圆柱壳开孔接管结构国内外研究概况及进展
• 1-2-1 薄壳理论解
• 1-2-2 试验研究
• 1-2-3 有限元解
• §1-3 应力分类
• 1-3-1 应力分类的概念
• 1-3-1-1 防止结构过分弹性变形对一次应力的限定
• 1-3-1-2 防止结构不安定对二次应力的限定
• 1-3-1-3 防止结构疲劳破坏对峰值应力的限定
• 1-3-2 对有限元结果应力分类的实现方法
• 1-3-2-1 等效线性化处理方法
• 1-3-2-2 广义的局部应力应变节点重新分布法
• 1-3-2-3 弹性补偿法
• 1-3-2-4 一次结构法
• 1-3-3 应力分类方法最新进展
• 1-3-3-1 国内外的研究成果
• 1-3-3-2 面处理法研究进展
• §1-4 问题的提出
• §1-5 本文研究内容
• 第二章 圆柱壳开孔接管结构的有限元分析
• §2-1 圆柱壳开孔接管结构的有限元分析
• 2-1-1 模型简化
• 2-1-2 单元选择
• 2-1-3 网格划分
• 2-1-4 载荷和边界条件
• §2-2 非线性材料模型
• §2-3 非线性计算求解方法
• §2-4 极限载荷确定准则
• §2-5 有限元计算结果与试验结果对比
• 2-5-1 圆柱壳开孔接管结构极限载荷的试验分析
• 2-5-1-1 模型结构尺寸与材料参数
• 2-5-1-2 测点布置
• 2-5-1-3 实验结果
• 2-5-2 有限元计算
• 2-5-2-1 采用多线性材料模型模拟计算结果
• 2-5-2-2 采用弹性理想塑性模型模拟计算结果
• 第三章 圆柱壳开孔接管结构线处理法应力评定条件研究
• §3-1 结构尺寸和材料参数
• 3-1-1 结构尺寸
• 3-1-2 材料参数
• §3-2 塑性计算
• 3-2-1 塑性区域扩展
• 3-2-2 确定极限压力的节点位置
• 3-2-3 极限压力计算结果
• §3-3 弹性计算
• 3-3-1 应力分类与分解
• 3-3-2 确定各类应力强度的步骤
• §3-4 线处理法的应力评定条件
• 3-4-1 模型各类应力强度极限值
• 3-4-2 应力评定条件
• §3-5 小结
• 第四章 圆柱壳开孔接管结构面处理法及应力评定条件的研究
• §4-1 应力评定面的位置
• §4-2 应力分类面范围的确定
• 4-2-1 应力分类面范围的确定原则
• 4-2-2 正交分析方案设计
• 4-2-3 扩展长度计算
• 4-2-4 回归分析
• 4-2-4-1 回归模型
• 4-2-4-2 回归方程的显著性检验
• 4-2-4-3 回归系数的显著性检验
• 4-2-4-4 回归方程及结果分析
• 4-2-5 回归方程与有限元结果比较
• §4-3 应力线性化的面处理法
• 4-3-1 面内应力线性化原理
• 4-3-2 应力分类方法
• §4-4 面处理法的应力评定条件
• 4-4-1 计算结果
• 4-4-2 应力强度评定条件
• §4-5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果