ASME应力线性化
Ansys+Workbenc压力容器应力线性化(
Ansys Workbench 应力线性化过程图文详解
1. 首先，要进行应力线性化，必须定义适当的路径，classic中通过命令【ppath】进行，这里方法是在model标签上右键插入Construction Geometry，如下图：
2. 选择后，Outline中出现Construction Geometry选项，在选项上右键插入path，如下图
3. 插入路径后，显示如下图所示路径的Detail选项卡，黄色区域是对路径的定义区域，目前版本只能定义两点的路径，可已通过选择点、线、面或者坐标的方式定义起、止点【默认的，face模式，则取点为面中心，edge模式，取点为其中点，vertex模式，取点为模型上存在的点，坐标模式，取点为鼠标点击的模型表面任一点，选中的点都可以Detail项中的x，y，z坐标值进行调整】
4. 定义好的路径如下图所示
选择方式按钮
这里定义路径参照的坐标系，路径取样点数信息
5. 定义好路径后，在标签【Solution】上右键插入应力线性化选项，或者点中【Solution】后，在快捷栏选择一种应力线性化，效果是一样的，如下图所示
6. 插入应力线性化选项后，出现如下图所示的Detail选项卡，黄色为预选的路径
选择参与线性化的实体
选择应力线性化类型，其实就是重新定义
线性化结果时间选项，多载荷步求解使用
线性化参照的坐标系，可以选择自己定义的坐标系
通过subtype选择的应力类型都会出现在这里，可以看到，
这些结果都是可以参数化的，也就是说，可以继续进行基于
线性化应力结果的优化
定义好的路径会在这里显示，
选择一个作为当前线性化路
径
7. 线性化的结果示例。
应力线性化选项，做过的朋友都明白，不详细说了。
ASME与EN13445分析区别
ASME与EN13445分析区别自从1914年ASME锅炉压力容器规范第一版问世以来，经过九十年的实践和不断修订，到本世纪初，欧盟颁布与压力设备指令（PED）配套EN 13445压力容器标准，犹如一声春雷，打破了世界压力容器规范的格局，形成两大权威规范并存的局面。
实际上，这是压力容器发展史上空前未有的一次大碰撞，它发出灿烂耀眼的火花。
碰撞是在压力容器的设计、材料、制造和检验多方面进行的，而主要是在设计方面，特别是在分析设计方面。
欧洲标准在披露ASME规范执行过程中遇到的棘手问题的同时，提出了他们的解决方案，在设计概念上出现了许多创新，ASME也发现其规范存在的若干不足，拨款立项，广泛征求使现行规范趋于现代化的建议。
这次大碰撞蕴育着今后压力容器设计概念的大的改革，我们必须拭目以待。
台湾著名企业家温世仁今年在北京召开的京台科技论坛上说：“从今年开始，我们要把这个论坛定位在制订两岸共同标准上，这个世界，最早的时候是生产力的竞争，后来是技术力的竞争，再过来就是所谓智慧财产权（即知识产权）的竞争。
再下来就是所谓标准之战。
未来的世界主要是标准之战。
”我国是压力容器生产大国，已能制造千吨级加氢反应器和一些核容器，已有一些压力容器出口欧美，但还不是压力容器生产强国，一些技术含量较高的压力设备还要进口。
我国压力容器标准在世界所占分额极小，我们必须在当今世界标准之战中占有一席之地。
实际上，支持标准的是包括专利在内的大量知识产权，没有知识产权的支撑，标准将苍白无力；而使标准真正起到作用，则是后续产业的强力支撑，没有后者，将无法证明标准是成功的。
据报导，截止2002年底，我国出口企业因技术壁垒引发的摩擦金额高达400多亿美元，占出口总额的30%，损失金额高达170亿美元（今年9月北京科博会2003年标准与专利北京国际论坛国家标委会有关人士透露）。
为了弄清国际贸易中的游戏规则，使我处于主动地位，我们必须认真研究当今世界压力容器标准之战中欧美两大标准体系的情况和他们对我们的影响。
ASME 第八卷 应力分类
冲击试验
• 影响断裂韧性的因素： • 它随温度、材料的化学成分和制造业、制造工艺儿变化。 • • 其他因素：电弧闪击，特别是修理过的区域，冷加工成型 的板材上的应力集中因素，划痕。 • • 夏比V型槽切口冲击试验是测量断裂韧性的最广泛的方法。
冲击试验
• ASME中需要评估断裂韧性的有： • 筒体、接管、人孔、管板、封头、法兰、补强圈、平盖封 头、条状垫板（在容器上的）、（焊接在容器上的完整的 受压的）附属元件。 • • ASME中包含了脆性断裂的评估过程 • MDMT：最低设计金属温度，即元件/构件有足够的断裂韧 性的最低温度。 • CET：Critical Exposure Temperature，薄膜应力产生的最小 温度。 • 区别：MDMT是物质特性，CET是环境因素。
冲击试验
• 当计算的应力＜许用应力时，MDMT最小设计金属温 度会减小。 • PWHT焊后热处理可以减少MDMT达到30°F，假如 PWHT在规范中没有强制需要，而且MDMT得结果是55°F。 • 如果元件的厚度比计算的更厚，可以将MDMT标为通 过。（例如，计算应力＜需用应力 ）
冲击试验
描述几个材料组之间的关系， 组成厚度和最低设计金属温 度。 如果点在线上或者在曲线的 下方，那么材料是不需要进 行冲击试验的。（例如， MDMT≤CET） 如果不能免除冲击试验，那 么必须在CET温度下对材料 进行冲击试验。 免除意思是这里有足够的经 验证明材料有足够的断裂韧 性不需要进行进一步的试验。
以下图表关联了薄膜应力和弯曲应力的比率和周期反应镇静或者棘轮效应应力分类材料的许用应力对于大多数锅炉压力容器规范卷册许用应力可在sectioniipartd材料性能中找到
材料分子间的作用力
分子间的引力和斥力是同时存在的，当分子间的距 离为某一距离R0时，引力与斥力相等； 当分子间的距离小于R0时（比如压缩物体时）引力 和斥力都增大，但斥力增大得更快，因此分子间的作用力 表现为斥力； 当分子间的距离大于R0时（比如拉伸物体时）引力 和斥力都减小，但斥力减小得更快，因此分子间的作用力 主要表现为引力； 当分子间的距离大于10R0以上时，分子间的作用力 非常小，可以忽略不计，气体分子就属于这种情况（分开 气体很容易，说明气• UG-45(c) ：接管剪切许用应力 = 接管抗拉许用应力 的70% • UW-15(c) ：焊缝的许用应力是容器材料许用应力的 百分之几： • 坡口焊缝抗拉许用应力 = 74% • 坡口焊缝抗剪许用应力 = 60% • 角焊缝抗剪许用应力 = 49% • 用于按UG-41的补强强度计算。
欧盟压力容器标准EN13445常见问题
欧盟压力容器标准EN13445常见问题一、EN13445概况问：欧盟这部压力容器标准是什么时候颁布的？答：这部标准其编号是EN 13445：2002，其英文版是2003年2月5日颁布的。
问：这部标准与欧盟压力设备指令PED的关系是什么？答： EN 13445: 2002是强制性法规压力设备指令 (PED, 93/27EC, 1999-11-29生效;2002-05-30强制执行) 的配套技术标准, 也叫做欧洲标准 (EN STANDARD)，也叫做协调标准或谐调标准（HARMONIZED STANDARD）。
问：根据PED的规定，欧盟的各个成员国必须把PED转化为本国的法规。
请问，对于这一技术标准是否也要转化为本国的技术标准呢？答：是的。
根据PED的要求 (见PED ARTICLE 20) 欧盟成员国应在1999年5月29日前将PED 转化为按照本国立法程序立法的法律 (LAW)、监察规程（REGULATION）或行政管理规定（ADMINISTRATIVE PROVISIONS）；各成员国应当与PED同步，在1999-11-29将这些法律、规程和行政管理规定付诸实施。
例如:英国将PED转化后, 叫做《1999压力设备监察规程》(THE PRESSURE EQUIPMENT REGULATION 1999)。
（转化的过程并非全盘照抄，而是在保持与PED一致的前提下，删掉PED中对成员国政府部门自身职责和成员国相互法律接口的部分，在编辑上进行了调整，并增加了英国自己的要求，例如：对违法的处罚条款等，把PED原有的27章7个附录减缩到7章6个附录。
）同样，EN 13445虽然是以英、法、德三种语言发表，而以英语为母语，各成员国也应将EN 13445:2002转化为本国语言的技术标准, 例如: 英国转化后叫做欧洲标准BS EN 13445；德国转化后叫做欧洲标准DIN EN 13445。
问：这里所介绍的EN 13445是否也是根据转化的标准呢？答：这里所介绍的 EN 13445，其取材来源主要以BS EN 13445和 DIN EN 13445为主，还有介绍这些标准的有关文献。
高级线性-第六章-应力线性化
•应力线性化在压力容器非常有用6-3•应力线性化基于应力分类线计算（−应力分类线为用户定义的一条线段（通常应该为截面内外壁两点的连线）后处理中提供了上述定义和计算功能•根据有限元计算结果•膜应力的计算合力计算•弯曲应力的计算力矩计算•弯曲应力＋膜应力计算弯曲应力＋膜应力计算•最不利线性化应力应力线性化ALGOR应力线性化方法•适用于实体单元模型的线性静力分析•分析结束以后，在后处理界面中进行−Utilities->Stress Linearization−下面介绍A-D区−E区显示模型的统计数据，不需介绍6-10•A区－工具条图形显示、图形控制工具条•C区－曲线图显示区ALGOR •D区－线性化控制区•敞口容器−壁厚和底厚均为求解容器应力位移场并对倒角部位壁厚方向进行应力线性化计算轴与重力方向平行）应力线性化启动FEMPro•启动FEMPro•打开一个新的FEA Model−文件名Linearization−分析类型Static stress withlinear material model−单位制：国际单位制•右击Parts，选择New Part•右击Part 1，选择New Sketch−草图面选择XY，OK6-17应力线性化绘制草图•画外壁线−选择Add line按钮−第1点坐标：0，0，回车−第2点坐标：5，0，回车−第3点坐标：5，10，回车−关闭Add line框−View->Enclose•画外壁的倒角−选择Fillet按钮−输入半径0.5−选择外壁两条线，然后关闭倒角框−注意：选线时鼠标应该远离两线交点的另一端点击，在Fillet框中也有提示：‘在保留端选线”，倒角线将线一分为2，另一端将被删去。
6-186-19•画内壁线−选择Add line 按钮按钮选择外壁两条线，然后关闭倒角框同样注意：选线时鼠标应该远离两线交点的按钮，完成草图6-20•容器底面−选择Mesh between two sketch object−输入AA’和AB 分别为10和4，分别控制地面长度方向的分割数和厚度方向分割数。
应力线性化
局部薄膜应力计算
应力线性化的理论背景 • 二次弯曲应力的计算
– 首先计算应力分类线上的总力矩 – 由力矩可以计算二次弯曲应力（截面两端的应力，中间 部位线性分布）
力矩计算
二次弯曲应力计算
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• 应力线性化适用与如下分析情况
– 线性静力分析（Static Stress with Linear Material Models) – 实体单元模型（2-D,Brick或者Tetrahedral)
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ALGOR应力线性化方法 A区-具条
– 图形显示、图形控制工具条 – 重要：多工况计算时需要用到工况选择
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info@
应力线性化的理论背景
• “局部薄膜应力强度”Pm和“一次+二次 应力强度” Pm+ Pb
– 计算方法后面简要介绍
基于asme规范的反应堆压力容器应力分析
CFHI2019年第4期（总190期）yz.js@随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，对能源的需求急剧增加，对生活质量的要求也越来越高。
传统的化石能源越来越不能满足当前工业发展的需求，也与“绿水青山”的发展理念相左。
而核能作为新型清洁能源，不仅能够提供足够的廉价能源，还可以大幅降低二氧化碳、烟尘、氮氧化物的排放量，是电力行业的重要发展方向。
核电安全是核电行业发展中最为重要的一项内容，也是影响核电行业发展一个主要因素。
其中，通过冗余设计来提高核电运行过程中应对各种事故的能力，同时通过设计更为安全的核电设备，提高核电设备的可靠性是提高核电安全的一个重要方法。
目前，核电设备设计规范主要有美国的ASME 规范、法国的RCCM 规范、日本的JIS 规范，其他如俄罗斯、加拿大和德国也有各自的设计规范。
我国在核电领域主要参考美国的ASME 规范和法国的RCCM 规范。
1965年，美国机械工程师学会将包括核反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器等部件的承压容器列入ASME 第芋卷，并对核电一回路设备的设计与制造，尤其是应力分析与评定进行详细的规定。
本文就是以核电一回路设备--反应堆压力容器（RPV ）为例，以ASME 规范为参考，简要介绍设备应力分析中的过程和方法。
根据ASME 规范，反应堆压力容器为核安全1级，清洁1类，抗震等级I 级设备。
1反应堆压力容器设计简介反应堆压力容器的设计主要是基于完成基本用户要求文件（URD ）需求的情况下，结合其所受的可能载荷及可能存在的失效模式展开的。
其设计方法主要有两种，一种是常规设计，一种是分析设计。
分析设计是以弹性应力分析和塑形失效准则、弹塑性失效准则为基础的设计方法。
在分析设计中要考虑各种载荷条件可能的组合，以弹性力学薄壳理论为基础进行分析计算，根据应力的起因、来源、作用范围、性质和危害程度进行分类，再以塑形失效准则、弹塑性失效准则和疲劳失效准则为依据，用第三强度理论确定结构的具体尺寸。
ASME 第八卷 应力分类
应力lastic stress exceeds twice yield, with high membrane and high bending stress, then ratcheting with two sided yielding may occur. 如果弹性张力超过了两倍的屈服应力，并且有高的薄膜应力和高的弯曲 应力，那么拥有两个屈服水平线的棘轮效应将会发生。 Notice how the hysteresis loop progresses along the strain axis, a classic case of ratcheting. 注意：滞后回线是如何沿着应变轴发生的，这是一个著名的棘轮效应案 例。
冲击试验
• 断裂韧性：材料抵抗脆性断裂的能力 • 脆性断裂：较低温度、低于设计压力下发生、不产生屈服 直接断裂，完全失效。 • 脆性断裂就像扔下一块玻璃一样，直接碎开。 • • 脆性断裂产生的条件：
• 足够高的应力，可以产生裂缝，并且使裂缝生长。在当前 温度下，材料的断裂韧性足够低。对于应力集中发生时薄 弱的尺寸。 • 脆性断裂是瞬时发生的，没有前兆，但是后果往往很严重。
应力分类
Bree performed the original work to describe ratcheting phenomena. Bree演示了原始的工作状态去描述棘轮效应现象。 Developed diagrams relating the ratio of membrane and bending stress to cyclic response (shakedown or ratcheting). 以下图表关联了薄膜应力和弯曲应力的比率和周 期反应（镇静或者棘轮效应）
冲击试验
Ansys+Workbenc压力容器应力线性化（
Ansys+Workbenc压力容器应力线性化（Ansys Workbench 应力线性化过程图文详解1. 首先，要进行应力线性化，必须定义适当的路径，classic中通过命令【ppath】进行，这里方法是在model标签上右键插入Construction Geometry，如下图：2. 选择后，Outline中出现Construction Geometry选项，在选项上右键插入path，如下图3. 插入路径后，显示如下图所示路径的Detail选项卡，黄色区域是对路径的定义区域，目前版本只能定义两点的路径，可已通过选择点、线、面或者坐标的方式定义起、止点【默认的，face模式，则取点为面中心，edge模式，取点为其中点，vertex模式，取点为模型上存在的点，坐标模式，取点为鼠标点击的模型表面任一点，选中的点都可以Detail项中的x，y，z坐标值进行调整】4. 定义好的路径如下图所示选择方式按钮这里定义路径参照的坐标系，路径取样点数信息5. 定义好路径后，在标签【Solution】上右键插入应力线性化选项，或者点中【Solution】后，在快捷栏选择一种应力线性化，效果是一样的，如下图所示6. 插入应力线性化选项后，出现如下图所示的Detail选项卡，黄色为预选的路径选择参与线性化的实体选择应力线性化类型，其实就是重新定义线性化结果时间选项，多载荷步求解使用线性化参照的坐标系，可以选择自己定义的坐标系通过subtype选择的应力类型都会出现在这里，可以看到，这些结果都是可以参数化的，也就是说，可以继续进行基于线性化应力结果的优化定义好的路径会在这里显示，选择一个作为当前线性化路径7. 线性化的结果示例。
应力线性化选项，做过的朋友都明白，不详细说了。
ASME Ⅷ-1、Ⅷ-2介绍
开孔及其补强设计 (2)
● 对开孔形状和尺寸的限制 UG-36 ，一般 d/D 限于1/2-1/3，椭圆或长圆形孔其长短径比为2 ● 不需补强（包括补强计算和措施）的开孔尺 寸，原理分析 ● 应力校正系数 原理分析，开孔直径 UG37(a)，附录L-7.7
ASME不需要补强
对于压力不急剧波动的容器上的开孔，下列情 况不需要补强 1.用焊接、钎焊和翻边的连接件，满足相应的 规则，其开孔不大于： 1）89mm直径，在最小需要厚度为10mm或更 小的容器的壳体或封头。 2） 60mm直径，在最小需要厚度为10mm以上 的容器的壳体或封头。 2.螺纹、螺栓或胀接的连接件，其在壳体或封 头上切出的开孔不大于60mm直径。
ASME规范的适用范围
ASME Ⅷ-1适用于所设计容器的内压或外压超过 100kPa，内压力不超过20MPa的固定式压力容器， 但符合规范相应要求的任何压力容器，可以打U 钢印 ASME Ⅷ-2也适用于固定式压力容器，其規则没 有規定的压力范围，但并不包括所有的结构型式。 对极高的压力，可能需要作出某些补充，容器仍 能满足规范一切要求后，可以打规范钢印 ASME Ⅷ-3适用于通常超过70MPa的金属固定式压 力容器。但既不旨在規定Ⅷ-1或Ⅷ-2的压力上限， 也不旨在規定Ⅷ-3的压力下限 各册都适用于疲劳分析容器，都未涉及达到蠕变 温度的容器
冲击试验
ASME引入了调整系数 GB150允许小试样
分析设计方法的由来 及其总体思想
压力容器规范的发展（由最早的计算爆破压力， 陆续引入其它失效，直到引起分析设计) 压力容器元件设计的应力计算方法(主要是板 壳理论，少量是材料力学和弹性力学，有限元) 失效模式和失效准则 ASME Ⅷ-2，建造规则和建造另一规则，按规 则设计和按分析设计 各国标准都接受应力分类及其评定的思想，JB 4732，CODAP，BS 5500，AD，JIS，EN 13445， 新版ASME Ⅷ-2 Ⅷ-3(09A)
[复习]ASME规范规范材料材料性能许用应力.doc
![[复习]ASME规范规范材料材料性能许用应力.doc](https://img.taocdn.com/s3/m/2604849fce2f0066f5332248.png)
ASME规范规范材料材料性能许用应力ASME锅炉压力容器规范每三年改版一次，2004版规范在去年的8月己经公布。
笔者对照上一版木（含增补），在《ASME在中国》2004 No.4期上撰文《关于2004年版ASME规范第II卷的A篇和D篇的翻译及与2001年版差异的说明》，向读者介绍了第II卷的A篇《铁基材料》新版木的总体变动情况，木文将从6个方而具体介绍第II卷的D 篇《材料性能》。
笔者在翻译2004版第II卷的D篇的过程中，与2001年版和比，发现笫II卷的D篇在各卷册中变动最人。
通常了解规范各卷内容变更的方法是查阅卷前的“变更一览表"，而第II卷D篇新改版不提供“变更一览表S只冇在后2年发布规范“増补”时才能见到。
尽管第II卷D篇每次増补变动量也不小，但总体上仅仅是页数的变化、各应力表格屮钢种的增有减.以及对个别钢材的应力值的调整。
ifU 2004版D篇的变动已经远远超出这种程度.木人认为.造成2004版第II卷D篇发生很大变动的主要原因有以下几点:1）2001版的II卷D篇出了2种单位制的版本，即美国习惯单位版木和公制单位版木。
在公制单位版木中，无论是规格尺寸或厚度.长度尺寸，还有最大许川应力值S和设计应力强度值Sm.各个温度下材料的抗拉强度和屈服强度值，以及对于材料的物理性能数据，都采用公制单位（SI单位）。
首先，温度值不再使用华氏温度°F,而改变为摄氏温度°C；应力值或强度值不再使用psi或ksi,而改用MPa。
因此在2004版第II卷D篇的名称上还特地示出为「PART-D —- PROPERTIES（Metric）”。
在长达近百年的ASME 规范的出版历程中，出版使用国际单位（SI）制的材料性能数据还是首次。
2）2004年版第II卷的D篇第一次针对规范第刈卷《运输罐的建造和连续使用规则》，给出了在设计锅炉及压力容器屮所须引用到的规范规定材料的域大许用应力值S以及在规范产品上使用这些材料的过程中需要引用的“注解蔦这是由于从2004版开始，第XII卷从原来由美国交通部管理转由ASME管理。
对欧盟标准EN 13445基于应力分类法分析设计的理解——兼谈和ASME Ⅷ-2的区别和联系
并未限定其影响所及沿壁厚是全部还是一部分。这 样当然可以理解为沿壁厚的全部或一部分。 与此相对应， "#$% ! & ’ 在对峰值应 力的举 例 中， 提及局 部 结 构 不 连 续 处 的 应 力 即 为 峰 值 应 力。 当然也就可以理解为并未提及此应力是沿壁厚的全 部或一部分， 即峰 值 应 力 可 以 存 在 于 沿 壁 厚 的 全 部 或一部分。 由于 %3 !(//1 对 局 部 结 构 不 连 续 作 了 如 上 阐 述， 故在峰值应力 的 说 明 中 则 不 再 提 及 局 部 结 构 不 连续处的应力就是峰值应力 （否则， 就隐含峰值应力 仅是沿壁厚一部 分 分 布 的 应 力 了） ； 而 且， 再明确指 出峰值应力也可以包括位于管孔区孔边处由压力和 “在 拉 温度引起名义应力的差 值， 和 "#$% ! & ’ 中 伸平板上 小 孔 周 边 处 加 在 名 义 应 力 之 上 的 附 加 应 力” 是同一回事， 即意指也可以沿整个壁厚存在的。 （’） 名义应 力， 指在并无结构不连续 （包 括 总 体 及局部） 处的应力， 是由元件的基本理论计算所得的 基准应力， 为薄膜 加 弯 曲 应 力 （当 为 厚 壁 壳 时， 存在 弯曲应力） ， 见图 ! 。 （( ） 结构应力， 是沿壁厚按线性分布 （包括均布 及线性分布） 的应 力， 它 包 括 接 管 连 接 件、 封头和筒 体等连接的总体 结 构 不 连 续 的 影 响， 但不包括局部 结构不连续 （例如焊趾的缺口影响） 所引起的沿壁厚 非线性分布的应力 （见图 !） 。
中图分类号： 01,&, 2 + ； 0 * 3&# 文献标识码： ’ 文章编号： （+,,-） #,,# * %/$,# * ,,#+ * ,-
基于ASME Ⅷ-2对圆柱壳大开孔接管的弹-塑性有限元分析
基于ASME Ⅷ-2对圆柱壳大开孔接管的弹-塑性有限元分析徐君臣【摘要】以在内压与外载荷作用下的圆柱壳上一大开孔接管为例,基于ANSYS软件中APDL语言建立了有限元模型,基于载荷与抗力系数设计方法,采用ASMEⅧ-2中的弹-塑性局部应变极限准则在不同载荷工况组合和载荷系数下进行了应变校核.只要所有单元的成形应变与总的当量塑性应变之和小于或等于三轴应变极限,则结构处于安全.同时也对该结构进行了弹性应力分析,并与弹-塑性分析方法进行了对比.计算结果表明弹-塑性应力分析相对于弹性应力分析节省了约22％的材料,但前者方法更加耗时,对计算机要求也较高,设计者需根据材料成本和设计成本综合考虑来选择设计方法.模拟结果可为外载荷作用下圆柱壳接管的有限元设计提供一定参考依据.%Exampled with the structure of large opening and nozzle on cylindrical shell subjected to internal and external pressure,the correspondent models were established by using APDL in ANSYS.Based on the method with load and resistant factors and elasticplastic local strain limit criterion in ASME Ⅷ-2,the strains under different load combination conditions were checked.As the sum of strain in formation and total equivalent plastic strain is not greater than the triaxial strain limit,the structure is safe.Elastic stress analysis was also carried out,and the results were then compared with that from elastic-plastic analysis.It was shown that compared with elastic analysis,22％ materials can be saved if elastic-plastic analysis was performed.However the latter may be more timeconsuming and hardware-requiring.Designer should select analysis method according to comprehensive factors in material andconvenience.What presented herein may be referenced in finite element analysis for the nozzle subjected to external loads and connected with cylindrical shell.【期刊名称】《化工设备与管道》【年(卷),期】2017(054)006【总页数】8页(P6-13)【关键词】大开孔接管;弹性分析;弹-塑性分析;外载荷;三轴应变极限【作者】徐君臣【作者单位】惠生工程(中国)有限公司,上海201210【正文语种】中文【中图分类】TQ050.2;TH123对于在外载荷作用下接管的设计，研究者已经做了大量的工作并得出了许多有用的研究成果。
ASME材料与应力培训教材
同理：
t
sx
s y
2
sin 2
t xy
cos 2
n
Ox
t
图2
极值应力
令:ds
d
0
s x s y
sin202t xy cos200
由此的两个驻点：
01、（ 01 2）和两各极值：
tg 2 0
2t xy sx s
y
s s s s s s t m m ´´a in xx2 y± （ x2 y） 2x 2 y
2、强度准则：s 1 s 2 s 3 s
3、适用范围：适用于破坏形式为脆断的构件。
（三）最大剪应力（第三强度）理论：认为构件的屈服是由最 大剪应力引起的。当最大剪应力达到单向拉伸试验的极限剪应 力时，构件就破坏了。
t max t s
t max
s1 s3
2
ss
2
ts
1、破坏判据： s 1 s hr引入）
sy
n 2、应力圆的画法
s
sx
t txy
y
Ox
t n D( s , t
2
C O
B(sy ,tyx)
x
A(sx ,txy) s
建立应力坐标系，如下图所示， （注意选好比例尺）
在坐标系内画出点A(s x，txy) 和B(sy，tyx)
AB与s 轴的交点C便是圆心。
主应力(Principal Stress ）：
主面上的正应力。
s1
主应力排列规定：按代数值大小，
s1s 2s 3
三向应力状态（ Three—Dimensional State of Stress）： 三个主应力都不为零的应力状态。
二向应力状态（Plane State of Stress）： 一个主应力为零的应力状态。
欧盟压力容器标准EN13445常见问题
欧盟压力容器标准EN13445常见问题一、EN13445概况问：欧盟这部压力容器标准是什么时候颁布的？答：这部标准其编号是EN 13445：2002，其英文版是2003年2月5日颁布的。
问：这部标准与欧盟压力设备指令PED的关系是什么？答： EN 13445: 2002是强制性法规压力设备指令 (PED, 93/27EC, 1999-11-29生效;2002-05-30强制执行) 的配套技术标准, 也叫做欧洲标准 (EN STANDARD)，也叫做协调标准或谐调标准（HARMONIZED STANDARD）。
问：根据PED的规定，欧盟的各个成员国必须把PED转化为本国的法规。
请问，对于这一技术标准是否也要转化为本国的技术标准呢？答：是的。
根据PED的要求 (见PED ARTICLE 20) 欧盟成员国应在1999年5月29日前将PED 转化为按照本国立法程序立法的法律 (LAW)、监察规程（REGULATION）或行政管理规定（ADMINISTRATIVE PROVISIONS）；各成员国应当与PED同步，在1999-11-29将这些法律、规程和行政管理规定付诸实施。
例如:英国将PED转化后, 叫做《1999压力设备监察规程》(THE PRESSURE EQUIPMENT REGULATION 1999)。
（转化的过程并非全盘照抄，而是在保持与PED一致的前提下，删掉PED中对成员国政府部门自身职责和成员国相互法律接口的部分，在编辑上进行了调整，并增加了英国自己的要求，例如：对违法的处罚条款等，把PED原有的27章7个附录减缩到7章6个附录。
）同样，EN 13445虽然是以英、法、德三种语言发表，而以英语为母语，各成员国也应将EN 13445:2002转化为本国语言的技术标准, 例如: 英国转化后叫做欧洲标准BS EN 13445；德国转化后叫做欧洲标准DIN EN 13445。
问：这里所介绍的EN 13445是否也是根据转化的标准呢？答：这里所介绍的 EN 13445，其取材来源主要以BS EN 13445和 DIN EN 13445为主，还有介绍这些标准的有关文献。
基本概念（7）：应力线性化
基本概念（7）：应⼒线性化
应⼒线性化是基于板壳理论，应⽤在压⼒容器强度校核的⼀种⽅法。
应⼒线性化基于应⼒分类线计算
− 应⼒分类线为⽤户定义的⼀条线段（通常应该为截⾯内外壁两点的连线）
− 可通过节点来定义（Node1和Node2）
− 需要定义局部坐标系T，N，H，以确定应⼒分量
− 应⼒分量在应⼒分类线上进⾏线性化计算
应⼒线性化等效原理即把应⼒分解成三部分，⼀是与合⼒等效的沿厚度⽅向均匀分布的薄膜应⼒；⼆是，与合⼒矩等效的沿厚度⽅向线性分布的弯曲应⼒；第三部分是合⼒和合⼒矩都为零沿厚度⽅向⾮线性分布的峰值应⼒。
应⼒线性化计算中薄膜应⼒和弯曲应⼒都是平⾏于中⾯的正应⼒，分别沿厚度⽅向均匀分布和线性分布。
⽽横剪应⼒沿厚度⽅向呈抛物线分布；它既不是薄膜应⼒，也不是弯曲应⼒。
基于应⼒线性化计算，可以把应⼒分为以下⼏类：
（1）膜应⼒(membrane stress)：沿着路径指定⽅向的法向所受应⼒的值的总和
（2）弯应⼒(bending stress)：沿着路径指定⽅向结构（或容器壁）内外应⼒差
（3）⼆次应⼒：由于为了满⾜位移连续性⽽产⽣的⾃⽣应⼒，⼀般此项可得到最⼤值。
（4）峰值应⼒(Peak)：沿着路径⽅向最⼤的应⼒值；。
ASME规范规范材料材料性能许用应力
ASME规范规范材料材料性能许用应力ASME锅炉压力容器规范每三年改版一次，2004版规范在去年的8月已经公布。
笔者对照上一版本（含增补），在《ASME在中国》2004 No.4期上撰文《关于2004年版ASME规范第II卷的A篇和D篇的翻译及与2001年版差异的说明》，向读者介绍了第II卷的A篇《铁基材料》新版本的总体变动情况，本文将从6个方面具体介绍第II卷的D篇《材料性能》。
笔者在翻译2004版第II卷的D篇的过程中，与2001年版相比，发现第II卷的D篇在各卷册中变动最大。
通常了解规范各卷内容变更的方法是查阅卷前的“变更一览表”，而第II卷D篇新改版不提供“变更一览表”，只有在后2年发布规范“增补”时才能见到。
尽管第II卷D篇每次增补变动量也不小，但总体上仅仅是页数的变化、各应力表格中钢种的增有减，以及对个别钢材的应力值的调整。
而2004版D篇的变动已经远远超出这种程度，本人认为，造成2004版第II卷D篇发生很大变动的主要原因有以下几点：1) 2001版的II卷D篇出了2种单位制的版本，即美国习惯单位版本和公制单位版本。
在公制单位版本中，无论是规格尺寸或厚度、长度尺寸，还有最大许用应力值S和设计应力强度值Sm、各个温度下材料的抗拉强度和屈服强度值，以及对于材料的物理性能数据，都采用公制单位（SI单位）。
首先，温度值不再使用华氏温度℉，而改变为摄氏温度℃；应力值或强度值不再使用psi或ksi，而改用MPa。
因此，在2004版第II卷D篇的名称上还特地示出为：“PART-D ---- PROPERTIES（Metric）”。
在长达近百年的ASME 规范的出版历程中，出版使用国际单位（SI）制的材料性能数据还是首次。
2) 2004年版第II卷的D篇第一次针对规范第XII卷《运输罐的建造和连续使用规则》，给出了在设计锅炉及压力容器中所须引用到的规范规定材料的最大许用应力值S以及在规范产品上使用这些材料的过程中需要引用的“注解”。
ASME应力线性化
第一部分 ASME应力线性化1.1 路径的定义MSC.Nastran for Windows/ASME/Stress Linearization的计算是基于美国ASME锅炉和压力容器规范及中国JB4732-95《钢制压力容器-分析设计标准》中的规范研制开发的，适用于压力容器的分析设计Stress Linearization模块借助于MSC.Nastran for Windows中建立直线的功能来定义应力的线性化路径，定义方法较多, 详见 MSC.Nastran for Windows的使用手册。
图1所示的三种路径都是可取的。
(i) 一般位置 (ii)部分在有限元网格外 iii) 通过节点或在单元的边上图1 线性化路径 N1 -> N2路径上的积分点数 n 可由用户自己定义（缺省值为50）， MSC.Nastran for Windows线性化模块只要求每条路径的积分点数不超过100个。
积分点位置用该点离路径起点的距离ξ来表示，如图2所示。
每个积分点的ξ值由MSC.Na-stran for Windows线性化模块自动按公式 (1-1) 确定：i intξ=--⨯1 1(1-1)其中: ξi : 第 i 个积分点的值n : 定义在路径上的积分点数t : 路径长度i : 积分点编号 i = 1,2,3,....n图 2. 积分点位置对轴对称问题, MSC.Nastran for Windows线性化模块还将进一步自动计算每个积分点ξi 所对应的全局坐标()i i z r, , 如图 3 所示，以供线性化时用。
图 3.1. 2. 计算积分点应力一旦确定积分点位置, MSC.Nastran for Windows线性化模块便会自动按以下步骤获取每个积分点的应力张量。
下面以一个简单的模型为例, 详述积分点应力张量的获取过程:步骤一: 确定相关单元, 计算权重因子如图 4 所示, 对路径上的每个积分点ξi, MSC.Nastran for Windows线性化模块将找到其所在的单元号; 根据该单元的映射关系, 积分点ξi被变换到相应的参数坐标中, 确定其参数坐标；用该参数坐标及该单元的插值函数, 计算出该积分点对该单元各个节点 (例如Na, Nb, Nc, Nd) 的权重因子Wi (例如Wa, Wb, Wc, Wd)。
ASME标准讲解(材料的力学性能和试验)
液压式万能电子材料试验机
* 拉伸试样：
d0 L0 长试样：L0=10d0 ASME：L0=4d0
短试样：L0=5d0
F
塑性变形:外力 去除后不能消失 力—伸长曲线 的变形
塑 性 变 形 屈服
缩颈
b k
断裂
s Fs Fb
弹 性 变 形
O
e
L
弹性( elasticity ):金属材料受外力作 用时产生变形,当外力去掉后能恢复 到原来形状及尺寸的性能。
1、破坏判据： 2、强度准则
1 1 2 2 2 3 2 3 1 2 s 2
1 1 2 2 2 3 2 3 1 2 2
Hale Waihona Puke 3、适用范围：适用于破坏形式为屈服的构件。
L 1– L 0 δ = L0
δ < 2 ~ 5% 属脆性材科 δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料 δ > 10% 属塑性材料
× 100%
长试样：δ10 短试样：δ5
简写为
δ
• 同一种材料的δ5 >δ10
• (3) 伸长率：图2－１中当曲线到达Ｄ 点后，试件薄弱处急剧缩小，塑性变形 迅速增加，产生“颈缩现象”而断裂。 量出拉断后标距部分的长度Ll，标距的 伸长值与原始标距L0的百分率称为伸长 率。即： • （L1-LO） • δ=—————×100% • L0
持久强度和蠕变强度
拉伸试验
拉伸试验机
弹性变形( elastic deformation ): 随载荷撤除而消失的变形。 弹性极限( elastic limit ): Fe 弹性极限载荷( N ) σe = ( M pa ) 2 S0 试样原始横截面积( mm )
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第一部分 ASME 应力线性化1.1路径的定义MSC.Nastra n for Win dows/ASME/Stress Lin earization的计算是基于美国 ASME 岗炉和压力容器规范及中国JB4732-95《钢制压力容器-分析设计标准》中的规范研制开发 的，适用于压力容器的分析设计Stress Linearization模块借助于MSC.Nastran for Windows 中建立直线的功能来定义应力的线性化路径， 定义方法较多,详见MSC.Nastran for Windows 的使用手册。
图1所示的三种路径都是可取的。
图1线性化路径N1 -> N2路径上的积分点数n 可由用户自己定义(缺省值为50)，MSC.Nastran forWin dowj 线性化模块只要求每条路径的积分点数不超过100个。
积分点位置用该点离路径起点的距离 来表示，如图2所示。
每个积分点的 值由MSC.Na-stran for Windows 线性化模块自动按公式(1-1) 确定：i 1 t in 1(1-1)其中：i :第i 个积分点的值n :定义在路径上的积分点数 路径长度i : 积分点编号 i = 1,2,3, ................ n(i) 一般位置(ii)部分在有限元网格外 iii) 上通过节点或在单元的边图 2. 积分点位置对轴对称问题, MSC.Nastran for Windows 线性化模块还将进一步自动计算每个积分点i 所对应的全局坐标 r i,z i , 如图 3 所示，以供线性化时用。
图 3.1. 2. 计算积分点应力一旦确定积分点位置, MSC.Nastran for Windows 线性化模块便会自动按以下步骤获取每个积分点的应力张量。
下面以一个简单的模型为例, 详述积分点应力张量的获取过程:步骤一: 确定相关单元, 计算权重因子如图 4 所示, 对路径上的每个积分点i, MSC.Nastran for Windows 线性化模块将找到其所在的单元号; 根据该单元的映射关系, 积分点i 被变换到相应的参数坐标中, 确定其参数坐标；用该参数坐标及该单元的插值函数, 计算出该积分点对该单元各个节点（例如Na, Nb, Nc, Nd）的权重因子Wi （例如Wa, Wb, Wc, Wd）。
如果积分点恰好在二个单元的边或节点上, 则该积分点将属于最早搜索到的那个单元。
如果积分点不属于任何单元，则MSC.Nastran for Windows线性化模块将显示提示信息并将积分点排除。
图 4步骤二：确定节点应力张量若结果数据库中已直接含有节点应力张量,则直接读取即可,否则MSC.Nastran for Win dowS线性化模块将按以下步骤自动外推出节点应力张量(1)确定外围单元如图5所示，通过步骤一，已找到路径所经过的单元ml, m2 , m3 , m4 作将找出有限元模型中与m1? m4相邻的所有单元，即m5? m12。
(2)外推节点应力N k : 与节点k相连的单元数步骤三内插求积分点应力。
本步操对每个找出的单元(m1, m2, ....., m12), 根据各自的插值函数，如图6所示，用外推方法，由单元积分点应力求得各节点上的应力,并将该应力变换到统一的应力输出坐标中。
(3)均化节点应力N Kijkj 1ik N k (2-1)其中: ik 均化后第k号节点上的第i应力分量值ijk第j号单元在其k节点上的第i应力分量值将均化后的节点应力与对应的权重因子相乘 , 即可得到积分点上的各应力分量1. 3 应力线性化定义线性化路径 , 积分点数 , 并求得所有积分点应力分量后 , 如何进一步作线性化 还根模型是否为轴对称 (axisymmetric) 有关。
对于非轴对称模型 , 用户可以选择一个直角坐标系来确定线性化应力分量对轴对称 , 情况较非轴对称复杂：(1) 随着半径的增大 , 单位面积所对应的材料量增加 , 致使中性面位置会沿半径向外 移动一段距离 Xf 。
(2) 必须将应力分量变换到截面坐标系 (Section coordinate) 中, 如图 7 所示 ,使x(或r)方向跟路径N1N 平行,y (或z)方向垂直于路径N1N2。
图 7(3)中性面处几何的曲率半径对线性化有影响。
MSC.Nastran for Windows 线性化 模块要求用户选择中性面为 straight section, 还是 curved section, 缺省为 straight section 。
若为curved sectio n,则还要求输入曲率半径。
(1) straight section (2) curved sectionR图8面按轴对称 , 非轴对称二种情况， 分别说明线性化的基本计算公式1.3.1非轴对称x y z xy yz zx具体方向。
缺省值为全局坐标系 Coord 0如图9所示,薄膜应力的计算公式为在N2处,弯曲应力的计算公式为沿路径的坐标在应力线性化模块中,按梯形积分公式(3-4), (3-5) 分别对式(3-1), (3-2) 进行 积分:b i 2b i 1(3-3)其中m: i ・第i 应力分量的薄膜应力b i it : 路径的长度i 1: 路径上 处的第i 应力分量值b i 2(3-1)在N1处，弯曲应力的计算公式为bii(3-2)第i 应力分量在N1处的弯曲应力第i 应力分量在N2处的弯曲应力i : i = 1-6,分别代表 x, y, 乙 xy, yz, zxi1t(n i,1i,ni,12mi ,ni,j i2(3-5)其中ij个积分点上的第i应力分量积分点数o, m,沿路径起始点，中点和终止点的坐标值•其中m宁某一点的峰值应力p (Peak Stress) 定义为该点的实际应力(Total Stress) 与薄膜加弯曲应力值之差，所以：Pi 1 i1bi1(3-6)Pi2 i2 bi2(3-7)1.3.2轴对称1.3.2-1沿路径方向上应力分量的线性化薄膜应力计算公式为：t2t2(3-8) 其中路径方向上的薄膜应力处沿路径方向的应力分量路径的长度由于截面上沿路径方向的应力分量一般变化较小，所以可近似将二端的弯曲应力取为b m(3-9)X2 X2 X 7其中：b起始点处沿路径方向应力分量的弯曲应力值Xb终止点处沿路径方向应力分量的弯曲应力值X2起始点处沿路径方向应力分量的总应力值XX2 终止点处沿路径方向应力分量的总应力值1.3.2-2 垂直路径方向上应力分量y的线性化(i). 薄膜应力如图9所示,由路径N1N2所定义的旋转面上在Y方向的合力Fy为:tF y2t y ?R ?2 d2R : 路径上处半径t : 路径长度由路径N1N所定义的旋转面面积Ay为:(3-10)其中: 路径上处垂直路径方向的应力分量其中：R C * R 1 R 2R 「N1处的半径R 2: N2处的半径所以，薄膜应力；为:(ii). 弯曲应力如图9所示，在轴对称问题中由于随半径增加，单位面积所对应的材料量增大，致使 弯曲中性面将外偏移一段距离x f ,2X ft cos12Rc(3-13)由路径N1N 所定义的旋转面上 Y 方向的合力矩M 为:tM ](x X f )dF2t2t xx fR 2 d2(3-14)惯性矩I 为：1 I2 R c t 32 Rtx 212F yAyRc t(3-12)(3-15)22N2处的弯曲应力 by21.3.2-3 环向应力分量(i). 薄膜应力t2t2 其中(ii). 弯曲应力b MX1 X f* Ib M X2X fy2I (或称z)的线性化环向应力分量值截面上中截面处的曲率半径沿路径的坐标路径长度X1 X h2t£ xh t21X h h2(3-16)(3-17)(3-18)(3-19)其中m:薄膜剪切应力xyxy :路径上处的剪切应力在N1N 二端的弯曲剪切应力 Xy 1, Xy 2均取为014线性化结果的输出一旦线性化完成后，用户可以根据自己的需要，方便地在交互方式下显示其结果1.4.1 x-y坐标曲线显示应力的线性化过程女口图10所示,通过三条曲线,MSC.Nastran for Windows 线性化模块在xy 坐标图上同时显示了某应力分量沿路径上的分布曲线 （包括积分点）,及线性化以后所得的薄膜应 力线（水平线）和弯曲加薄膜应力线（斜直线）其中: 1.3.2-4bh 2bh ib h 2剪切应力X 2 Xh 2122Xht2 t 2N1处的环向弯曲应力N2处的环向弯曲应力xy图10图111.4.2用滚动柜显示应力线性化的结果如图11 所示, MSC.Nastran for Windows 线性化模块显示了在该路径上的线性化结果其中包括:薄膜应力S m :S b @ End1 : 路径起始点的弯曲应力值S b @ End2 : 路径终止点的弯曲应力值S b @End1 : 路径起始点的薄膜加弯曲应力值S mS m S b @End1 : 路径终止点的薄膜加弯曲应力值Peak @End1 : 路径起始点的峰值应力Peak @End 2 : 路径终止点的峰值应力Tota@End1 : 路径起始点的总应力值lTotal @End 2 : 路径终止点的总应力值另外各应力符号的意义如下SxxSyySzzSxy xySyz:yzSzx zxS1 : 1第一主应力S2 : 2 第二主应力S3: 3 第三主应力: 根据Tresca准则求得的应力强度因子S.I.: 根据Misis准则求得的应力强度因子SIGE1.4.3. 应力线性化报告Results Along Curve 1 - Section Type:ConstantLoad Case: 1.1-Default, Static SubcaseEnd 1 of Curve: X= 550.000 Y=1120.000 Z= -0.000End 2 of Curve: X= 500.000 Y=1120.000 Z= 0.000Sm Sb Sb Sm+Sb Sm+Sb PeakPeak Total Total@End1 @End2 @End1 @End2 @End1 @End1 @End2 @End2Sxx 31.96 45.95 -45.9577.91-13.99107.3216.08 185.23 2.09Syy 89.28 170.84 170.84260.12-81.56124.7812.10 384.90 -69.47Szz 341.70 24.49 -24.49366.19317.2172.1510.29 438.34 327.49Sxy -24.23 -35.87 35.87-60.1011.63-58.32-5.36 -118.42 6.27Syz -0.18 0.31 -0.310.13-0.490.520.07 0.65 -0.41Sxz -0.29 -0.28 0.28 -0.57 -0.01 -1.08-0.13 -1.64 -0.14306.32 400.72310.47 397.50S1 341.70 440.64 327.49 S2 98.15 437.66 2.64 S3 23.09 130.17 -70.01 366.19 317.21278.16 -12.0559.87 -83.51S.I. 318.61SIGE 288.50 273.16370.19 308.99 366.62。