分析设计中应力分类的一次结构法
建筑结构设计中的应力分析
建筑结构设计中的应力分析建筑结构设计是建筑工程中至关重要的一环。
在设计建筑结构时，应力分析是必不可少的步骤。
通过应力分析，我们可以评估建筑结构的稳定性和安全性，以确保建筑在使用期间不会发生倒塌或出现其他结构问题。
本文将介绍建筑结构设计中应力分析的基本原理和常见方法。
一、应力的定义和分类应力是指受力物体内部产生的力的效应。
在建筑结构中，应力可以分为以下几种类型：1. 压应力：指物体内部受到的压缩力，其方向垂直于受力面。
2. 拉应力：指物体内部受到的拉伸力，其方向垂直于受力面。
3. 剪应力：指物体内部受到的剪切力，其方向平行于受力面。
应力的大小可以通过力的大小和受力面积的比值来计算。
在建筑结构设计中，我们需要对建筑材料和构件所受的各种应力进行分析和评估。
二、应力分析的基本原理在建筑结构设计中，应力分析的基本原理是根据弹性力学理论，通过施加外力和受力平衡方程的求解，来确定结构中各个点的内力和应力状态。
应力分析需要考虑的因素包括结构的几何形状、所用材料的力学性质、外界力的作用等。
通过使用适当的数学方法和工程软件，可以对建筑结构中的应力进行计算和分析。
三、应力分析的常见方法在建筑结构设计中，常用的应力分析方法有以下几种：1. 解析法：解析法是基于数学公式和物理原理进行应力分析的方法。
该方法适用于结构形状简单、受力简单的情况。
通过分析结构中各个点的受力平衡和变形关系，可以得到结构中各个点的应力分布。
2. 数值模拟法：数值模拟法是利用计算机进行应力分析的方法。
该方法适用于结构形状复杂、受力复杂的情况。
通过将结构分割成网格，建立结构的有限元模型，利用数值方法进行计算，可以得到结构中各个点的应力分布。
3. 实验法：实验法是通过物理实验来测量和分析结构中的应力。
该方法适用于验证理论分析结果、评估结构安全性等。
通过在结构中加入应变传感器等装置，对结构施加外力并测量结构的变形与应力，可以得到结构中各个点的应力分布。
四、应力分析的应用应力分析在建筑结构设计中具有重要的应用价值。
应力的分类
应力分类概念
应力是指单位面积上所承受的附加内力；应变是指加载后应力引起的尺寸变化。
所以在实际生产过程中，应力是我们必须考虑在内的重要因素，以保证设备成品在运行过程中能充分发挥其作用。
根据性质
根据性质不同，应力可以分为一级应力和二级应力。
一级应力是指由于外载荷作用而在容器部件内产生的正应力或剪应力，符号为P；二级应力是指由于容器部件的自身约束或邻近部件的约束而产生的正应力或剪应力，符号为Q。
根据影响范围
根据影响范围的大小分为总体应力、局部应力和峰值应力。
总体应力是指影响范围遍及整个结构的应力；局部应力是指影响范围仅限于结构局部区域的应力；而峰值应力则是指由于结构不连续，而加到一次应力和二次应力之上的应力增量。
根据分布规律
根据分布规律，应力又可分为：均布应力和线性应力。
均布应力是指沿断面均匀分布的应力，常见的有薄膜应力；线性应力则是指沿断面线性分布的应力，
常见的有弯曲应力。
在实际生产过程中，这些应力并不是单独存在的，而是相互交叉存在，比如一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力、一次弯曲应力等。
为了贯彻实施“打造精品”的生产理念，金鑫设备公司的设计人员在遵循国家已有的规范和标准上，针对每位顾客，每台设备进行专业的应力分析和计算，致力于为企业提供高性价比的产品。
有限元计算结果的应力分类
（2）造成自限性的根本原因是变形协调条件
进入塑性阶段后变形成主要控制参数
要从变形的角度才能正确理解二次应力和自限性
4
一、引言
（1）误解：理想塑性材料中应力值不超过屈服限 一次应力也不超过；是材料特性而非自限性
（2）误解：机械载荷引起的应力是随着载荷而增加的， 没有自限性，都是一次应力
“导致疲劳裂纹”是有自限性的循环塑性失效模式
二次应力－安定；峰值应力－疲劳
丧失安定后才有疲劳破坏
9
二、峰值应力
自限性：是自平衡力系 局部性：不超过壁厚的 1/4
10
二、峰值应力
承压部件：校核线一般沿壁厚方向，热点例外 一般情况：校核线应沿峰值应力衰减的方向
查看中面云纹图
开孔
裂纹
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二、峰值应力
ui
uO
uC
2z t
;
vi
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vC
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;
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四、一次结构法
● 一次结构法的实施步骤
（3）对解除约束后的新结构进行有限元分析 出现3种情况：
i）有限元分析无法进行
成可动机构
P
是基本约束不能解除
修改设计方案
P
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四、一次结构法
● 一次结构法的实施步骤 ii）新结构的最大应力强度小于原结构 解除的是不利约束，消失的是二次应力 解除合理，继续找其他二次应力 注意：新结构的最大应力位移转移了 iii）新结构的最大应力强度大于原结构 解除的是有利约束 保留有利约束，消失的可作一次应力
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四、一次结构法
● 一次结构法的实施步骤 （1）确定薄膜加弯曲应力最大值及其位置
若大于S I V （P+Q），继续找峰值应力 找不到，修改设计方案
应力应变分析法范文
应力应变分析法范文应力应变分析法是一种常用于材料力学研究和工程设计中的分析方法，通过对材料在受外力作用下的应力和应变进行定量分析，可以得到材料的力学性能和变形特征。
本文将对应力应变分析法的原理、应用及其在工程设计中的应用进行详细介绍。
一、应力应变分析法的原理应力（Stress）是指材料在单位面积上所受到的力的大小，通常用σ表示，单位为帕斯卡（Pa）。
应力的大小与物体的受力情况和物体的几何形状有关。
应变（Strain）是指材料在受到外力作用后产生的变形程度，通常用ε表示，无单位。
应变的大小与物体的材料特性和力的作用方式有关。
哈脱烈定律是应力应变关系的基本定律，描述了材料的应力与应变之间的关系。
根据哈脱烈定律，材料的应力与应变之间存在线性关系，即应变与应力成正比。
二、应力应变分析法的应用1.弹性模量和刚度计算：根据应力应变关系，可以通过应力应变分析法计算材料的弹性模量和刚度，这是材料力学性能的重要指标。
2.材料性能评估：通过对材料在受外力作用下的应力和应变进行分析，可以评估材料的强度、变形和破坏等性能，为工程设计提供依据。
3.结构设计：应力应变分析法可以用于结构设计中的受力分析和可靠性评估，帮助工程师设计出更加安全和稳定的结构。
4.疲劳寿命估计：通过对材料在循环载荷下的应力和应变进行分析，可以估计材料的疲劳寿命，为材料的使用寿命及维护提供参考。
5.压力容器设计：应力应变分析法可以用于压力容器的受力分析和设计，确保容器在正常工作条件下不发生破坏。
三、应力应变分析法在工程设计中的应用示例以钢筋混凝土梁的设计为例，说明应力应变分析法在工程设计中的应用。
在钢筋混凝土梁的设计中，需要计算梁的强度和变形情况。
首先，通过应力应变分析法计算梁的弹性模量和刚度，以确定材料的力学性能。
然后，根据梁的几何形状和受力情况，计算梁的外部应力。
根据哈脱烈定律，将外部应力与钢筋混凝土的材料性能相结合，计算梁的内部应力和应变。
根据材料的破坏准则，对梁的承载能力和变形进行评估，并进行结构优化设计。
JB4732钢制压力容器分析设计应力分类过程简介
路径 1-1
MEMBRANE MEM＋BEND 73.80 128.7
PEAK 22.63
TOTAL 151.0
MEMBRANE 可能是一次总体薄膜应力也可能是一次局 部薄膜应力。BEND可能是一次弯曲应力也可能属于二 次应力。MEM PLUS BEND根据前2者可能是一次薄膜+ 一次弯曲(1.5kSm)，也可能是一次+二次应力(3Sm)。 ANSYS只能把应力根据平均应力、线性化应力和非线性 化应力来区分薄膜应力弯曲应力和峰应力，而不能分 出总体薄膜应力和局部薄膜应力，一次应力还是二次 应力。
[7]陈小辉.基于有限元法压力容器分析设计方法的评议. 硕士论文，2010.
应力强度: 该点最大主应力与最小主应力之差 五类基本的应力强度:
S I , S II , S III , S IV
和
SV
(1) 一次总体薄膜应力强度 SⅠ (2) 一次局部薄膜应力强度 SⅡ (3) 一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应（PL+Pb） 强度 SⅢ (4) 一次加二次应力（ PL+Pb +Q）强度 SⅣ (5) 峰值应力强度 SⅤ（由PL+Pb +Q+F算得）
应力强度限制 :
（1）一次总体薄膜应力强度S1
限制条件：S1≤KSm
K----载荷组合系数， K=1.0~1.25
（2）一次局部薄膜应力强度SⅡ
限制条件：SⅡ ≤1.5KSm
（3）一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力强度SⅢ
限制条件：S Ⅲ ≤1.5KSm
（4）一次加二次应力强度SⅣ 限制条件：S Ⅳ ≤3Sm
（4）对于线性化后的应力根据标准释义中的相关规定 区分一次总体薄膜应力，一次局部薄膜应力，一次弯 曲应力，二次应力和峰值应力，并分别校核；
工程力学中的应力和应变分析
工程力学中的应力和应变分析工程力学是应用力学原理解决工程问题的学科，它研究物体受外力作用下的力学性质。
应力和应变是工程力学中的重要概念，它们对于分析材料的强度和变形特性具有重要意义。
本文将就工程力学中的应力和应变进行详细分析。
一、应力分析应力是指物体单位面积上的内部分子间相互作用力。
根据作用平面的不同，可以分为法向应力和剪切应力两种。
1. 法向应力法向应力是指力作用垂直于物体某一截面上的应力。
根据物体受力状态的不同，可以分为拉应力和压应力两种。
- 拉应力拉应力是指作用于物体截面上的拉力与截面面积的比值。
拉应力的计算公式为：σ = F/A其中，σ表示拉应力，F表示作用力，A表示截面面积。
- 压应力压应力是指作用于物体截面上的压力与截面面积的比值。
压应力的计算公式与拉应力类似。
2. 剪切应力剪切应力是指作用在物体截面上切向方向上的力与截面面积的比值。
剪切应力的计算公式为：τ = F/A其中，τ表示剪切应力，F表示作用力，A表示截面面积。
二、应变分析应变是指物体由于外力的作用而产生的形变程度。
根据变形情况，可以分为线性弹性应变和非线性应变。
1. 线性弹性应变线性弹性应变是指物体在小应力下，应变与应力成正比，且随应力消失而恢复原状的应变现象。
线性弹性应变的计算公式为：ε = ΔL/L其中，ε表示线性弹性应变，ΔL表示物体的长度变化，L表示物体的原始长度。
2. 非线性应变非线性应变是指物体在较大应力下，应变与应力不再呈线性关系的应变现象。
非线性应变的计算公式较为复杂，需要根据具体情况进行分析。
三、应力和应变的关系应力和应变之间存在一定的关系，常用的关系模型有胡克定律和杨氏模量。
1. 胡克定律胡克定律是描述线性弹性材料的应力和应变之间关系的基本模型。
根据胡克定律，拉应力和拉应变之间的关系可以表示为：σ = Eε其中，σ表示拉应力，E表示弹性模量，ε表示拉应变。
2. 杨氏模量杨氏模量是描述材料抵抗拉伸或压缩变形能力的物理量。
有限元计算结果的应力分类
类似于超静定结构计算-
四、一次结构法
● 进一步的思考 约束分类：基本约束、多余约束 有利约束、不利约束 基本约束必须保留，否则成可动机构 有利约束保留，相应的应力归入一次应力
q
A
a
B
MB
1 qa2 8
q
A a
B
MA
3qa2
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-
四、一次结构法
● 进一步的思考 一次结构可能有多种： 正如材料力学中超静定问题可能有多种静定基
可以根据工程实际-情况选择最优方案
四、一次结构法
● 进一步的思考 取一次结构注意事项： 必须满足平衡条件 不能人为地增加约束
不能成可动机构 原始结构也可作为一次结构
一次结构定义 由原始结构解除不利约束、能承受外载的简化结构 一次结构中的应力都属于一次应力
-
四、一次结构法
● 一次结构法的实施步骤 （1）确定薄膜加弯曲应力最大值及其位置
若大于S I V （P+Q），继续找峰值应力 找不到，修改设计方案
若小于等于 S I V ，应用一次结构法
S I V 和 S V 用应力强度范围（循环载荷）
-
四、一次结构法
● 一次结构法的实施步骤 （2）解除导致该最大应力的约束
1）将截面切断，不连续处两侧结构完全独立 变成两个独立部分分别计算
保持薄膜应力 并应满足作用与反作用 原理
二、峰值应力
等效线性化处理是区分峰值应力的有效手段 选择应力校核（分类）线 通过插值计算校核线上的应力值
-
二、峰值应力
根据静力等效原理（合力、合力矩）线性化 处理后得到：薄膜应力、弯曲应力、非线性应力 非线性分布应力可以归入峰值应力 薄膜和弯曲应力尚待判断
大型坝体结构的应力分析与设计
大型坝体结构的应力分析与设计引言：大型坝体结构是水利工程中的重要组成部分，也是保障人们生产生活用水的重要策略。
在坝体结构设计中，应力分析是至关重要的环节。
本文将探讨大型坝体结构的应力分析与设计。
一、坝体结构的分类根据坝体材料和结构形式的不同，坝体结构可分为重力坝、拱坝、引力坝和填土坝等几种类型。
不同类型的坝体结构在力学特性及受力条件上存在差异，因此应力分析与设计也有所不同。
二、应力分析的基本原理坝体结构受到各种内外力的作用，主要包括水压力、浸渍力、温差应力、地震力以及重力等。
在应力分析中，需要考虑这些力的大小和方向，并计算出坝体结构的应力分布情况，以确保其稳定性和安全性。
三、材料力学参数的确定在应力分析与设计中，材料力学参数的确定是非常重要的。
常用的参数包括杨氏模量、泊松比、拉伸强度、抗压强度等。
这些参数需要通过试验或经验来确定，以保证所选取的材料能够满足工程要求。
四、应力分析的方法常用的应力分析方法包括解析方法和数值方法。
解析方法是基于数学模型和方程组的推导和求解，具有精确性和可靠性；而数值方法则是通过将坝体结构离散化为小单元，并应用数学模型和计算程序进行求解，具有较高的计算效率。
五、应力分布的计算和分析在应力分析中，需要计算和分析坝体结构的应力分布情况。
通常可以采用有限元分析等数值方法来求解复杂坝体结构的应力分布。
通过分析应力分布情况，可以评估结构的稳定性，并作出合理的修正和优化设计。
六、应力分析的结果与设计优化应力分析的结果对于坝体结构的设计优化非常重要。
通过分析结果，可以判断结构的强度和稳定性是否满足要求，并作出合理的调整和改进。
在设计优化中，需要综合考虑结构的安全性、经济性和实用性等因素。
七、结构施工与监测应力分析与设计只是坝体结构的一部分，施工与监测也同样重要。
在施工中，需要根据设计要求进行施工工艺选择，并对结构的质量进行严格控制。
同时，还需要设置合理的监测系统，及时获取结构的变形和应力信息，以便及时采取措施保障结构的安全。
过一点所方向面上应力的集合,称为这一点的应力状态
应力是指物体内部受到的力的作用，它可以通过单位面积上的力来描述。
在工程力学中，应力是非常重要的物理量，它与物体的形状、材料特性和外部力的作用密切相关。
本文将围绕应力的概念展开讨论，针对其在材料力学中的应用进行深入分析。
一、应力的定义和分类1.1 应力的概念应力是单位面积上的力，常用符号表示为σ，其计算公式为力F除以面积A，即σ=F/A。
在物体内部，由于外部力的作用，各处都会受到应力的作用，这种应力称为内应力。
而外部施加在物体表面上的力也会导致应力的产生，这种应力称为外部应力。
1.2 应力的分类根据应力的作用方向和大小，可以将应力分为正应力、剪切应力和法向应力三种类型。
正应力是垂直于物体截面的应力，常用符号表示为σn。
而沿着截面方向的应力称为剪切应力，常用符号表示为τ。
另外，法向应力是指作用在物体某一点上的应力。
二、应力状态的描述2.1 应力张量在三维空间中，一个点的应力状态可以由一个3x3的对称矩阵来描述，这个对称矩阵称为应力张量。
应力张量的分量代表了在不同方向上的应力情况，可以通过数学方法进行求解和分析。
2.2 应力状态的表示一个点处的应力状态可以通过应力张量的特征值和特征向量来表示。
特征值代表了应力状态的大小，特征向量则代表了应力作用的方向。
通过对特征值和特征向量的分析，可以判断物体处于何种应力状态，从而进行相应的力学分析和设计。
三、应力的应用3.1 工程材料的性能应力是描述物体受力情况的重要参数，它直接影响着材料的强度、刚度和韧性等性能。
在工程中，通过对材料的应力状态进行分析，可以评估材料的可靠性和安全性，为工程设计提供参考依据。
3.2 结构的稳定性对结构件的受力状态进行分析，可以判断结构在外部载荷作用下的稳定性。
通过对结构的应力分布和应力集中区域的分析，可以预测结构是否会发生破坏或失稳现象，为结构设计和改进提供重要参考。
3.3 力学设计在工程实践中，需要根据实际的力学要求来设计各种零部件和结构件。
有限元计算结果的应力分类
类似于超静定结构计算
四、一次结构法
● 进一步的思考 约束分类：基本约束、多余约束 有利约束、不利约束 基本约束必须保留，否则成可动机构 有利约束保留，相应的应力归入一次应力
q
A
a
B
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q
B A
a
M
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四、一次结构法
● 进一步的思考 一次结构可能有多种： 正如材料力学中超静定问题可能有多种静定基
“导致疲劳裂纹”是有自限性的循环塑性失效模式
二次应力－安定；峰值应力－疲劳 丧失安定后才有疲劳破坏
二、峰值应力
自限性：是自平衡力系 局部性：不超过壁厚的 1/4
二、峰值应力
承压部件：校核线一般沿壁厚方向，热点例外 一般情况：校核线应沿峰值应力衰减的方向
查看中面云纹图
开孔
裂纹
二、峰值应力
找峰值应力时校核线的选取： 校核线取为： （1）沿裂纹扩展最短线方向 （2）沿裂纹扩展方向
1）找峰值应力点 2）找第一主应力作用面，画云纹图 3）裂纹前沿垂直方向
近似椭圆的短轴方向
分出峰值应力的目的是得到P+Q：
取连接处壁厚最小的剖面，不一定通过峰值应力 点
三、应力云纹图
应力云图直观显示了应力分布的大量信息 有利于了解结构内部的受力状态 合理选择校核线的位置和方向
应力云图只显示了应力分布信息 不能判断应力的性质（如自限性）
可以根据工程实际情况选择最优方案
四、一次结构法
● 进一步的思考 取一次结构注意事项： 必须满足平衡条件 不能人为地增加约束 不能成可动机构 原始结构也可作为一次结构
谈机械工程中的应力分析
谈机械工程中的应力分析一、应力分析的基本概念在机械工程中，应力分析是一项非常关键的工作，它是为了评估和确保机械零件在服役过程中的安全性和可靠性。
应力是物体内部的一种力，被施加在物体表面时产生反作用力，通常用应力的大小和方向来描述，并用标量或矢量量纲来表示。
应力分析是确定机械零件承载能力和寿命的重要手段。
应力分析的基本概念包括：应力、应变、应力状态、材料的弹性及塑性性质等。
其中，应力是指单位面积上的力，通常用希腊字母σ表示，其量纲与压强相同；应变则是指单位长度上的形变量，通常用希腊字母ε表示，其量纲为无量纲。
在机械工程中，常常需要对应力状态进行分类，其中包括正应力、切应力、主应力和等效应力等。
二、应力分析的方法与技术机械零件的应力分析可以采用多种不同的方法和技术，根据具体的情况选择合适的方法和工具是非常重要的。
常用的应力分析方法包括：解析法、数值模拟法和实验测定法等。
1. 解析法解析法是传统的应力分析方法，也是最为常用的方法之一。
它主要采用数学分析方法来推导机械零件内部应力分布的数学模型，可以有效地评估机械零件的应力状态和强度。
解析法可以分为静力学方法和弹性力学方法，针对不同类型的力学问题，可以选择不同的数学工具和分析方法。
2. 数值模拟法数值模拟法是一种近年来较为流行的应力分析方法，它使用计算机辅助工具对机械零件内部应力状态进行数值模拟和仿真。
数值模拟法可以使用有限元分析、边界元法、网格法等不同的方法和技术，根据不同的需求和条件进行选择。
与解析法相比，数值模拟法具有更高的精度和可靠性，同时可以处理更加复杂的力学问题。
3. 实验测定法实验测定法是通过实验手段来测定机械零件内部应力状态的方法。
这种方法通常需要使用专用的测试仪器和设备，如应变仪、应力分布测试装置等。
实验测定法具有直接性和实用性的优点，可以针对常见的力学问题进行测试，但是也存在实验成本高、应用范围有限等问题。
三、应力分析在机械工程中的应用应力分析作为机械工程中非常重要的技术手段，在实际工作中有着广泛的应用。
工程力学中的应力和应变的分析
工程力学中的应力和应变的分析工程力学是研究物体在外力作用下受力与变形规律的学科。
在工程力学中，应力和应变是两个重要的概念，用于描述物体受到外力作用后的力学响应和变形情况。
本文将对工程力学中的应力和应变进行深入的分析和探讨。
一、应力的概念和分类应力是描述物体单位面积内的内力或外力的物理量，用σ表示。
在力的作用下，物体的形状、大小和方向都会发生变化，而应力则用来描述物体内部各点受力状态的大小和方向。
应力可以分为正应力和剪应力两种类型。
1. 正应力：正应力是指垂直于物体截面的力在该截面上的作用效果。
正应力可分为拉应力和压应力两种情况。
拉应力是指垂直于物体截面的力使得截面上的物质向外扩张，压应力则是指垂直于物体截面的力使得截面上的物质向内收缩。
2. 剪应力：剪应力是指与物体截面平行的力在该截面上的作用效果。
剪应力是由于物体受到外部力的平行作用而引起的变形。
剪应力会使得物体的截面发生平行于力的方向的切变变形。
二、应变的概念和分类应变是描述物体相对于原始形状发生变形时各点之间相对位置的改变程度的物理量，用ε表示。
应变描述了物体受到外力作用后的变形程度和特征。
应变可分为线性应变和剪切应变两种类型。
1. 线性应变：线性应变是一种改变物体长度的应变形式，也称为伸长应变。
线性应变正比于物体所受力的大小，并与物体原始长度之比成正比。
线性应变的表达式为ε = ΔL / L0，其中ΔL为线段在力作用下伸长的长度，L0为线段的原始长度。
2. 剪切应变：剪切应变是一种改变物体形状的应变形式，也称为变形应变。
剪切应变是与物体所受剪力大小成正比，与物体的长度无关。
剪切应变的表达式为γ = Δx / h，其中Δx为剪切前后平行于力方向的线段之间的位移，h为物体在该方向上的高度。
三、应力和应变之间的关系应力和应变之间存在一定的关系，通常可以通过弹性模量来表示。
弹性模量是描述物体材料抵抗形变能力的物理量，用E表示。
主要用于刻画物体在受力作用后，恢复原始形状的能力。
experimental stress analysis -回复
experimental stress analysis -回复实验应力分析（Experimental Stress Analysis）是一种全面、直观的方法，用于评估结构、零件或材料在受力下的性能。
通过实验测试和数据收集，我们可以获得与应力相关的重要信息，从而更好地了解和设计各种工程结构。
首先，我们需要明确应力是指材料内部受力的性质。
这种受力可能是由外部载荷引起的，比如重力、压力或扭转力，也可能是由材料自身的变形或热膨胀引起的。
应力可以分为三种类型：拉伸应力、压缩应力和剪切应力。
实验应力分析的目标是确定结构中各个点的应力分布，并研究材料的变形和位移。
这就要求我们选择适当的方法来收集数据并进行分析。
一个重要的实验应力分析方法是应变测量。
应变（Strain）是指物体因受力而发生的变形或变化量。
通常，我们可以通过测量物体上的应变来了解其所受到的应力情况。
常用的应变测量方法有应变计、光弹性和铸模模型等。
应变计是一种受测试材料影响而发生电阻变化的装置。
通过在结构表面安装应变计，我们可以记录材料受到的应变量，并根据串联电路的阻值变化推导出应力情况。
应变计广泛用于实验室和现场测试，是应力测量的重要工具。
光弹性是另一种常用的实验应力分析方法。
光弹性原理是根据材料受到应力时光的折射和偏振特性发生变化。
通过使用偏振光和光学设备，我们可以观察到光弹性材料在不同载荷下的变形，并进一步获得应力信息。
光弹性技术通常用于复杂的结构或研究中，可以提供详细的应力分布。
另外，铸模模型也是实验应力分析中常用的一种方法。
通过制作一个材料模型，并在其内部注入液态材料，我们可以观察材料受力时模型的变形情况。
通过分析模型的变形量和应力分布，我们可以推导出材料的应力情况，从而了解结构的性能。
除了上述方法，实验应力分析还可以通过电阻片、位移传感器和数值模拟等方式来进行。
电阻片可以测量精细的位移和变形，位移传感器可以精确测量结构的位移量。
数值模拟则可以通过计算机建模和有限元分析来预测结构受力情况。
压力容器分析设计的应力分类法与塑性分析法
压力容器分析设计的应力分类法与塑性分析法压力容器在石油化工行业的应用非常广泛，通过分析压力容器分析设计的应力分类法与塑性分析法的发展，可以实现压力容器应用前景的扩大，并为其良好运行提供参考意见。
进一步推动压力容器在石油化工行业的应用，有效提高压力容器的经济效益。
标签：压力容器;应力分类法;塑性分析法近年来很多研究学者对压力容器的工作原理、性能等方面进行研究，并取得了显著效果。
以往的压力容器在设计过程中，都是采用薄膜应力的方式进行设计，将其他应力影响包括在安全系数之中。
但是在实际应用过程中，压力容器及承压部件中，除去介质压力所形成的薄膜应力之外，还会受到热胀冷缩变形而导致的温差应力以及局部应力，因此，在进行压力分析设计时，需要利用应力分类法和塑性分析法，才能够明确不同应力对压力容器安全性的影响，从而有效提高压力容器的科学性和合理性。
1应力分类法1.1一次应力一次应力是指压力容器因为受到外载荷的影响，压力容器部件出现剪应力。
一次应力超过材料屈服极限时压力容器就会发生变形破坏。
主要可以分为以下几种情况：第一，总体薄膜应力。
因压力容器受到内压的影响在壳体上出现薄膜应力，总体薄膜应力会在整个壳体上均匀分布，当应力超过材料屈服极限时，壳体壁厚的材料会发生变形。
第二，局部薄膜应力。
是指压力容器的局部范围内，应受到机械载荷或者压力所导致的薄膜应力，其中主要包括支座应力以及力距所形成的薄膜应力。
第三，一次弯曲应力。
由于压力容器受到内压作用的影响，在平板盖中央位置会出现弯曲引力，随着载荷的不断增加，应力会进行重新调整。
1.2二次应力二次应力是指压力容器部件受到约束而出现的剪应力。
二次应力满足变形条件。
例如，在压力容器的半球形封头以及薄壁圆筒的连接位置，由于受到压力容器内压的作用，两者会出现不同的径向位移，因此两者的连接部位会形成相互约束关系，出现变形协调情况。
在这种情况下，连接部位会附加剪力应力，从而形成二次应力。
机械工程中的应力分析
机械工程中的应力分析引言：机械工程是一门涵盖广泛的工程学科，它涉及到设计、制造、维护和使用各种机械设备和系统。
在机械工程中，应力分析是一项至关重要的技术，用于评估和预测不同材料和结构在承受力的情况下是否会破坏，从而确保机械设计的安全可靠性。
本文将探讨机械工程中应力分析的原理、方法和应用。
第一部分：应力的定义和类型首先，让我们来了解应力的概念。
应力是由外部力或内部力引起的物体内部的分子间相互作用力。
它是描述物体内部受力情况的物理量。
在机械工程中，常见的应力类型包括拉伸应力、压缩应力、剪切应力和弯曲应力。
第二部分：应力分析的原理应力分析的核心原理是应力平衡方程。
根据牛顿第二定律，合力等于物体质量乘以加速度。
对于静态力学平衡，合力为零，因此物体内的应力必须满足力的平衡条件。
根据应力分析原理，可以计算不同部位的应力和应力分布情况，进而评估结构的稳定性和强度。
第三部分：应力分析的方法在机械工程中，常用的应力分析方法包括：1. 解析法：通过应力平衡方程和材料力学性质的理论计算，推导出结构的应力分布表达式。
这种方法适用于简单结构，但对于复杂结构可能不够精确。
2. 数值模拟法：利用计算机技术进行模拟仿真，将结构离散化为有限元素，通过求解有限元方程组，得到结构的应力和变形情况。
这种方法适用于复杂结构和非线性力学问题，但需要考虑模型的合理性和精度。
3. 实验测量法：通过载荷试验或者应变测量仪器，直接对结构施加不同载荷，测量应力和应变的变化，从而得到结构的应力分布情况。
这种方法可以验证数值模拟结果的准确性，但受到实验条件的限制。
第四部分：应力分析的应用应力分析广泛应用于机械工程的各个领域。
以下是几个典型的应用实例：1. 设计评估：通过应力分析，可以评估和预测不同材料和结构在工作载荷下的应变、应力和变形情况，从而指导机械设计的优化和改进。
2. 疲劳寿命预测：应力分析可以用于预测机械设备在循环载荷下的疲劳寿命，帮助设计工程师选择合适的材料和结构。
兆文忠结构应力法-解释说明
兆文忠结构应力法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述兆文忠结构应力法是一种针对工程结构承受外部荷载时的应力分析方法。
在工程设计和结构力学领域中，应力分析是非常重要的，可以帮助工程师确定材料的强度和结构的稳定性。
兆文忠结构应力法是以中国工程力学界著名的兆文忠先生命名的，是在传统的应力分析方法上的一种创新性发展。
通过兆文忠结构应力法，工程师可以更准确地计算结构在外部荷载作用下的应力分布情况，进而评估结构的安全性和稳定性。
兆文忠结构应力法不仅适用于各种材料和结构形式，还可以辅助工程师进行结构的优化设计，提高结构的承载能力和抗震性能。
本文将对兆文忠结构应力法的基本原理、应用范围、优势与局限性进行详细介绍，以期能够帮助读者更好地了解该方法的特点和应用价值。
1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分中，将介绍兆文忠结构应力法的概述，阐述本文的结构和目的。
接着在正文部分，将重点讨论兆文忠结构应力法的基本原理、应用范围以及其优势与局限性。
最后在结论部分，将对全文进行总结，展望兆文忠结构应力法的未来发展方向，并得出结论。
整体结构简洁明了，层次分明，希望能够为读者提供全面的了解和参考。
1.3 目的兆文忠结构应力法作为一种结构分析方法，其目的主要在于通过应力的计算和分析，可以帮助工程师和设计师更好地了解结构的受力情况，预测结构的变形和破坏情况，并在设计和施工过程中优化结构的性能。
通过对结构应力的准确评估，可以有效地指导结构设计和加固，提高结构的安全性和稳定性，为工程项目的成功实施提供可靠的技术支持。
同时，兆文忠结构应力法也可以帮助工程师快速定位结构中可能存在的问题，及时采取有效的措施进行修复和改进，从而确保结构的整体健康和安全。
因此，深入了解兆文忠结构应力法的原理和应用范围，可以帮助工程师更好地进行结构设计和分析工作，提高工程质量和效率。
2.正文2.1 兆文忠结构应力法的基本原理兆文忠结构应力法是一种基于结构力学理论的计算方法，旨在分析和评估各种结构在受力状态下的应力分布情况。
应力分类
和
SV
(1) 一次总体薄膜应力强度 SⅠ (2) 一次局部薄膜应力强度 SⅡ (3) 一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应（PL+Pb） 强度 SⅢ (4) 一次加二次应力（ PL+Pb +Q）强度 SⅣ (5) 峰值应力强度 SⅤ（由PL+Pb +Q+F算得）
应力强度限制 :
（1）一次总体薄膜应力强度S1
求得筒体与封头主体Sm＝153.7MPa；裙座结构Sm1＝ 115.5MPa。
校核线0-0：
校核线0-0通过筒体最大应力处，方向沿壁厚方向，远 离结构不连续处。
圆筒壳体薄膜应力理论解： Pm＝PR/S ＝146.7MPa 与有限元结果相对误差为2.7% 球壳薄膜应力理论解： Pm＝PR/2S ＝122.1MPa 与有限元结果相对误差为0.2%
——相邻部件的约束或结构的自身约束所引起 的正应力或切应力 基本特征：自限性
① 总体结构不连续处的弯曲应力 ② 总体热应力
（三）峰值应力 F
——由局部结构不连续和局部热应力的影响而叠 加到一次加二次应力之上的应力增量
应力强度计算 :
应力强度: 该点最大主应力与最小主应力之差 五类基本的应力强度:
S I , S II , S III , S IV
JB4732中提到：符号Pm 、 PL、Pb 、 Q和F不是只表示一个 量，而是表示σx 、 σy 、 σz 、 τxy 、 τyz 、 τzx一组共六个应 力分量。叠加是指每种分量各自分别叠加。
路径1-1应力分类结果：
路径 1-1 MEMBRANE 73.80 PL＝SⅡ TOTAL 151.0 PL+Pb +Q+F＝SⅤ
应力的分类
应力分类概念
应力是指单位面积上所承受的附加内力；应变是指加载后应力引起的尺寸变化。
所以在实际生产过程中，应力是我们必须考虑在内的重要因素，以保证设备成品在运行过程中能充分发挥其作用。
根据性质
根据性质不同，应力可以分为一级应力和二级应力。
一级应力是指由于外载荷作用而在容器部件内产生的正应力或剪应力，符号为P；二级应力是指由于容器部件的自身约束或邻近部件的约束而产生的正应力或剪应力，符号为Q。
根据影响范围
根据影响范围的大小分为总体应力、局部应力和峰值应力。
总体应力是指影响范围遍及整个结构的应力；局部应力是指影响范围仅限于结构局部区域的应力；而峰值应力则是指由于结构不连续，而加到一次应力和二次应力之上的应力增量。
根据分布规律
根据分布规律，应力又可分为：均布应力和线性应力。
均布应力是指沿断面均匀分布的应力，常见的有薄膜应力；线性应力则是指沿断面线性分布的应力，
常见的有弯曲应力。
在实际生产过程中，这些应力并不是单独存在的，而是相互交叉存在，比如一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力、一次弯曲应力等。
为了贯彻实施“打造精品”的生产理念，金鑫设备公司的设计人员在遵循国家已有的规范和标准上，针对每位顾客，每台设备进行专业的应力分析和计算，致力于为企业提供高性价比的产品。
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1997年7月14日收到初稿,1997年10月6日收到修改稿。
分析设计中应力分类的一次结构法陆明万陈勇李建国(清华大学工程力学系,北京,100084)(全国压力容器标准化技术委员会,北京,100088)摘要我国新的设计规范JB 24732295《钢制压力容器———分析设计标准》于1995年3月颁布实施。
如何将有限元分析或实验应力分析得到的总应力场分解成规范中定义的各种应力类别是应用JB 24732295或美国ASME 《锅炉及压力容器规范》第Ⅲ篇和第Ⅷ篇第2分册时必须解决的关键问题。
本文提出应力分类的两步法和一次结构法,将它们和等效线性化方法相结合,给出了圆满解决该问题的有效方法。
文中还阐述了应力分解的不唯一性、自限应力、约束分类和一次结构等重要概念。
关键词分析设计应力分类一次结构法等效线性化方法1引言“分析设计法”是一种以弹性应力分析和塑性失效准则为基础的设计方法,已被世界各国公开承认和广泛采用。
我国也于1995年3月颁布了采用分析设计法的设计规范JB 24732295。
在分析设计法中弹性计算应力被分成:一次总体薄膜应力(P m )、一次局部薄膜应力(P L )、一次弯曲应力(P b )、二次应力(Q )和峰值应力(F )等五大类。
以塑性失效准则来判断,各类应力对结构破坏的危害程度是不同的,所以规范中根据等强度设计原则对不同的应力规定了不同的许用极限,其差别达3倍,甚至更多。
这样,如何正确地进行应力分类,将有限元分析或实验应力分析所得到的总应力场分解成规范中定义的各类应力成为应用中最为关心、且必须解决的关键问题。
国内外发表了大量文章来讨论这一问题,其中等效线性化方法是已被广泛采用的典型方法。
一些著名的有限元分析程序如ANSY S 、M ARC 、NAST RAN 等都已实现了等效线性化的后处理功能。
我们也曾在文献[1～3]中作了讨论。
等效线性化方法要求设计者在所考虑结构的几个可能的危险部位指定一些贯穿壁厚的(通常是垂直于中面的)应力分类线,然后根据合力等效和合力矩等效的原理将沿应力分类线分布的弹性计算应力分解出薄膜应力和线性弯曲应力,剩下的非线性分布应力就是一个与平衡外载无关的自平衡力系。
等效线性化概念起源于ASME 规范,被K roenke 等首先应用于二维轴对称问题[4～6]。
对于三维一般情况,H ollin g er 和H echm er 两人就基于应力线性化的三维应力准则问题发表了一系列的重要文章[7～13]。
本文将首先介绍文献[1]中提出的应力分类的两步法。
然后,作为等效线性化方法的扩充,提出一种有效的应力分解方法“一次结构法”。
第4期年8月第19卷1998核动力工程Nuclear Power En g ineerin g Vol.19.No.4Au g .1998陆明万等:分析设计中应力分类的一次结构法3312应力分类的两步法第一步:根据应力的作用和性质,应力可分为一次应力和自限应力两大类。
一次应力(P)是平衡外部机械载荷所需要的应力。
它也可称为载荷控制应力[14]或平衡控制应力[15]。
一次应力的作用是满足平衡条件,即承受外加载荷,一次应力的基本性质是没有自限性,即因它超过极限值而导致的塑性流动是不可限制的,直至结构破坏。
因而一次应力的危害性很大。
自限应力包括二次应力和峰值应力(Q+F),是满足结构内部或结构与外部几何约束间的连续性条件所需要的应力,自限应力的作用是满足连续性条件(又称协调条件),即克服结构不连续性。
自限应力的基本性质是具有自限性,即当它超过极限值时只要少量的局部塑性变形就能满足连续性条件,塑性流动就自动限止,只要不反复加载,结构就不会破坏。
因而自限应力的危害性较小。
第二步:根据应力的分布规律和影响范围,进一步将一次应力分类为一次总体薄膜应力(P m)、一次局部薄膜应力(P L)和一次弯曲应力(P b);将自限应力分类为二次应力(Q)和峰值应力(F)。
根据规范中有关分布规律和影响范围的定义,区分薄膜应力和弯曲应力以及总体薄膜应力和局部薄膜应力并无多大困难。
困难在于识别局部薄膜应力的性质。
为方便起见,工程应用中将全部局部薄膜应力都归入一次局部薄膜应力(P L)。
其实有两种局部薄膜应力,一种是纯一次局部薄膜应力(真P L),它们是平衡作用在边界上的外部机械载荷(如与内压相平衡的法兰力矩)所必须的,或是由平衡外部机械载荷所必须的壳体连接处的内力和弯矩(如锥形过渡段小端)所引起的。
另一种是二次局部薄膜应力(伪P L),它们是由克服总体结构不连续所需要的壳体连接处的内力和弯矩(如半球或椭球封头2筒体连接处)所引起的,从保守和方便考虑也被归入P L。
值得指出的是,一般说应力强度极限取为1.5S m(S m为材料的设计应力强度值),对真P L来说并不是保守的。
例如,在ASME2Ⅷ22规范的AD2212节中,对锥形过渡段小端连接处的一次局部薄膜应力只取了1.1S m的极限值(见图AD2212.1下的注)。
用本文下面介绍的一次结构法将不难克服识别真、伪一次局部薄膜应力的困难。
二次应力是由总体结构不连续引起的自限应力,其影响范围占横截面的(或对承压部件来说占壁厚的)大部分,因而二次应力引起的裂纹会直接导致压力泄漏。
峰值应力是由局部结构不连续引起的,其基本性质是具有局部性和自限性,因而它并不引起显著的变形,其有害处仅在于是疲劳或脆断的起源。
峰值应力的影响范围仅占壁厚的一小部分(小于1/4壁厚),它引起的裂纹要经过许多载荷循环,待扩展到临界长度后才引起泄漏,因而没有二次应力那样危险。
外加集中力作用点处的应力虽然高度集中但并不是峰值应力,因为它是平衡外载所必须的而不是自限的。
它应归入一次应力,按挤压应力极限进行评定。
由等效线性化方法求得的非线性分布应力是峰值应力。
由于它是自平衡力系,与承受外载无关,所以有自限性;由于它的影响范围通常小于1/4壁厚,所以有局部性。
具有这两个性质的应力就是峰值应力。
3应力分解的不唯一性如何识别一次应力是应力分类最重要而又较困难的问题,若将一次应力错判为二次应力图1有利约束a ———固支圆板;b ———简支圆板。
必然导致严重后果。
另一方面,当一次应力找到后,自限应力就可以由总应力减去一次应力而直接得到。
应力分类的第一步就迎刃而解了。
ASME 规范对一次应力的原始定义是:“一次应力是外加载荷所引起的正应力或剪应力,它是满足外部和内部的力和力矩的平衡定律所必须的”。
这个定义意味着:用塑性力学极限分析理论的术语来说,一次应力场是一个静力许可应力场,它必须满足与外加机械载荷的平衡条件,但不必考虑几何上的变形连续条件。
塑性力学中已经证明:对于一个在指定外载作用下的结构存在许多静力许可应力场。
所以同样将存在许多合理的一次应力场,只要它们满足与外载的平衡条件。
设计者的首要任务是寻找被考虑结构中的若干合理的一次应力场,然后再从中挑选最佳的一个。
这是一个优化问题。
优化准则可由设计者根据费用情况、材料供应、加工条件等因素来确定。
在第5和第6节中将给出实例来说明应力分解的不唯一性以及如何进行优化选择。
4约束的分类约束按其作用可分为基本约束和多余约束。
基本约束是产生平衡外部机械载荷所必须的约束反力的约束。
如果解除它们,结构就变为可动机构而不能承受外载。
基本约束的例子有:梁两端的铰支座,梁一端的固定支座,卧式容器的静定的鞍座,塔器(立式容器)的裙座等。
由基本约束的反力所引起的应力属于一次应力。
多余约束是除了基本约束之外的一切约束。
一般说,多余约束对结构整体承受外载是有帮助的,但有些约束会在其附近导致较高的局部应力。
为此,多余约束可进一步区分为有利多余约束和不利多余约束。
如果解除某个约束后,简化结构虽然仍能承受外载但其中的最大一次应力(P m ,P L 或P L+P b )比原始结构增大,则该约束为有利(多余)约束。
为了设计出更为经济和轻巧的结构,设计者应将有利约束和基本约束一起保留,并将这些约束引起的应力归入一次应力。
有利约束的典型例子是均布载荷作用下圆板的周边固支约束[2](见图1a )。
若解除此约束则得到图1b 的简支圆板。
由弹性薄板理论可知,简支圆板在中心A 和周边B 处的径向弯矩M A 和M B 为而固支圆板的相应弯矩M A 和M B 为s c cs 3+μ16M A =q a 2;M B =0(1)s s 332核动力工程V ol.19.N o.4.1998M A =q a 2;M B =-q a 2(2)181+μ16cc其中,q 为载荷密度;a 为圆板半径;μ为泊松比。
比较式(1)和(2),显然简支板的最大弯矩M s 大于固支板的最大弯矩(按绝对值)M c ,所以固支板周边的固支约束是有利约束,应保留它。
将M c 引起的弯曲应力归入一次弯曲应力P b 而不是二次应力Q 是明智的。
这样设计出来的板更薄。
如果解除某个约束后,简化结构中的最大一次应力(P m ,P L 或P L +P b )比原结构减小,则该约束为不利(多余)约束。
设计者可将不利约束引起的应力归入二次应力。
但应注意,在计算一次应力场时与二次应力相对应的不利约束应全部解除。
否则最大一次应力就被低估了,设计是不安全的。
如果设计者不能凭经验来识别某约束的种类,一个有效的办法就是先解除它,然后看它的影响。
值得指出的是,简化结构和原始结构的最大一次应力一般并不发生在同一个地方。
5一次结构一次结构是由所考虑的原始结构解除不利约束而得到的、能承受外加机械载荷的简化结构。
如果没有不利约束被解除,则原始结构就是一个一次结构。
在一次结构中由等效线性化方法求得的全部薄膜应力和线性弯曲应力都是一次应力,因为它们满足与外载相平衡的条件;而非线性分布应力则属于峰值应力,它们对承受外载没有贡献。
一般说,一次结构的变形并不满足连续性条件。
引进一次结构这一概念的目的是为了将识别一次应力的过程形象化、具体化,以避免应力分类中的人为错误。
对大多数工程师来说由原始结构构造合理的一次结构比从总应力场分解出正确的一次应力更为容易。
一旦找到了一次结构,对它进行有限元分析立即能求得一次应力(P )。
从总应力减去一次应力可直接算出自限应力(Q +F )。
最后不难用等效线性化方法去完成应力分类的第二步。
下列几点对正确理解和合理构造一次结构是有帮助的:(1)一次结构是结构力学中“静定基结构”这一概念的推广。
在静定基中一般只保留基本约束,而在一次结构中可以保留有利约束。
众所周知,对于一个静不定结构存在几种不同的静定基。
同样,对于包含若干不利约束的原始结构也将存在几种不同的一次结构。
(2)得到一次结构的唯一途径是从原始结构中解除不利约束。
在简化过程中有意或无意地给原始结构增加本来并不存在的约束是不允许的,否则由该错误的简化结构求得的一次应力场将被低估了,因而设计是不安全的。