压力容器仿真一些知识点概述

专业技术文章：基于线性静力分析的薄膜应力与弯曲应力分析及评价


摘要：

本文旨在阐述线性静力分析在压力容器设计和评估中的重要性，特别关注于薄膜应力(一次应力)与弯曲应力(二次应力)的计算与评价方法。通过采用ANSYS软件中的线性化应力分析工具，分析压力容器结构在特定载荷条件下的应力分布。重点关注第三强度理论下的最大切应力理论及其在评价结构稳定性中的应用。

引言：

在工程设计中，线性静力分析被广泛应用于确定结构的应力状态，尤其在压力容器的分析中发挥关键作用。应力强度、局部薄膜应力与薄膜应力与弯曲应力的结合分析是评估结构完整性与安全性的基础。本文详细描述了通过线性化处理和ANSYS软件应用于压力容器上，并按照国家标准JB4732 (基于其2005年确认版本)对所得应力强度进行评定的过程。

线性化应力分析方法：




线性静力分析采用线性化应力理论探究结构在非线性行为之前的基本线性响应。其特别适用于预测与外力荷载直接相对应的静态应力响应，通过简化问题和假设线性关系，提供了快速而准确的应力分析方案。在此类分析中，应力强度、局部薄膜应力(一次应力)与薄膜应力与弯曲应力(二次应力)的评估是整个过程的关键。

应力强度、薄膜应力与弯曲应力的区别与分析：

一次应力，即局部薄膜应力，产生于压力、重力与外力荷载的直接作用。这类应力无自限性特点，即当管道内塑性区域扩展至极限，结构变为几何不可变时，即使外力停止增加，管道仍会继续经历不可限制的塑性流动致破坏。

二次应力因结构变形受约束引发，通常由热膨胀、冷却收缩以及端点位移等造成。与一次应力不同，二次应力具有自限性，意味着局部屈服或轻微变形足以满足位移约束或结构连续变形的要求，阻止进一步的破坏。介质应力与弯曲应力的结合分析被认为是预测疲劳破坏的关键因素。

ANSYS中的线性化应力分析工具：

ANSYS在其分析工具集内加入了线性化应力选项，简化了工程分析流程。在压力容器的分析中，选取ANSYS中的“linearized stress”工具中的“Maximum Shear”（最大剪应力）进行计算。这一工具根据第三强度理论进行优化，特别适用评估薄壁结构的稳定性。结果显示了pressure vessel的关键剪应力分布。

结果与数据评价：

解出的压力容器内部应力分布示例显示薄膜应力、弯曲应力以及其整体效应。薄膜应力标记为“membrane”，弯曲应力显示为“bending”。通过综合薄膜应力与弯曲应力的结果，得到的关注点是以“total stress”表示的应力总量。其是否满足使用要求，则需通过后续的发展过程中进行的疲劳分析判断。

应力强度评定准则与实际应用：

依据JB47321995标准的2005年修订版，采用推荐的应力强度评定方法对解出的应力高度、局部薄膜应力和薄膜应力与弯曲应力进行评估。基于此标准，对表格进行了应力分类，对关键评价点进行了说明并提供了详细的应力线性化结果数据作为附录资料参考。通过对评测结果的分析，工程师能准确评估结构的安全性与寿命预期，特别是在疲劳性能评价方面的重要性。