高级线性-第六章-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应力线性化
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）。
UG NX 高级仿真在压力容器中的应用
UG NX 高级仿真在压力容器应力分析中的应用闫硕（沧州市设备安装工程有限公司工程科）摘要：UG NX高级仿真模块具有很强的线性分析功能和非线性分析功能，能够满足压力容器应力分析的需求。
以压力容器典型的受内压圆筒径向接管结构为例，利用NX CAD的强大建模功能以及CAD&CAE的无缝集成，进行了应力分析以及线性化处理，成功证明了UG NX高级仿真在压力容器分析设计中应用的可行性、方便性。
关键词：UG NX高级仿真；压力容器;CAD&CAE技术；nx nastran ；线性化处理；应力分析UG NX高级仿真—基本模块是UG NX的核心子集，包括了一系列分析功能例如线性静态分析，正则模态分析，线性屈曲分析以及流体、热传递分析。
UG NX高级仿真—基本模块提供了有限元分析所需的单元类型库，模型材料库。
支持强有力的边界条件管理能力。
提供系列的包括屈曲分析的线性算法控制能力以及无限规模的正则模态分析能力。
支持稳态和瞬态热传递分析的解算能力。
NX- 基本分析模块在虚拟产品开发流程中拥有很关键的地位，为产品性能开发的数字化原型和仿真模拟提供了广泛应用的CAE解决方案。
特征♦强有力的分析能力♦功能完善的单元库包括点焊单元在内♦各种类型的模型材料库♦边界条件易操作性如工况的合并，添加，删除♦各种特征值求解正则模态及复特征值分析♦设计优化和敏度分析评估设计变动的效果♦高效的解算器♦热传导♦自然对流♦强迫对流♦热载荷定义♦温度边界条件♦初始边界条件♦热控制系统♦图形化显示结果收益♦与物理原型试验相比，仿真分析降低了设计周期长和成本高的风险♦通过相对快捷的仿真过程和反复的验证研究大大提高了产品革新的进程♦在各种工况下都能进行产品功能仿真模拟，包括热场分析一、UG NX高级仿真功能简介UG NX高级仿真技术功能可以实现：1）静力分析：除一般分析功能之外还提供结构的重量和重心数据，支持全范围的材料模式。
同时支持具有惯性释放的静力分析（无约束状态下的准静态响应）、非线性静力分析（包括几何非线性、材料非线性和接触非线性等）。
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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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
应力线性化在水泵结构分析中的应用
应力线性化在水泵结构分析中的应用1 概述水泵作为承压部件，其设计强度与一般的压力容器有很多共同点。
因此，参照压力容器的校核准则，要保证水泵在设计压力作用下不会发生塑形失效。
应力线性化是针对压力容器设计的规范验算提供的一项计算功能。
按照容标委的规范设定一个应力分类线，然后对应力分类线上的应力强度分布进行应力分类，也就是按照力平衡原则将应力分解为线性成分和非线性成分，这些数据是进行压力容器设计校验做需要的规范数据。
在对水泵进行强度校核时，也会应用应力线性化对结构件的关键位置进行应力评定。
应力线性化原理内嵌在一些有限元软件的后处理中，能够快速实现应力评定。
本文以某型号水泵为例，对其抗震分析结果进行应力评定以作说明。
2 分类应力强度的评定压力容器规范中，应力从不同角度分类：从范围分总体应力和局部应力；按沿壁厚的分布情况分为均匀分布（薄膜应力），线性分布（弯曲应力）和非线性分布应力；按性质分为一次应力、二次应力和峰值应力。
这些应力往往相互交叉，常用的有一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力、一次弯曲应力、峰值应力等。
应力分析和应力分类的强度评定中通常采用第三强度理论，即最大剪应力理论。
评定时，选取穿过壁厚或者经过关键位置的评定线，即确定路径，将评定线上的应力分解为薄膜应力、弯曲应力和峰值应力，求取应力强度，按照不同准则进行评定。
如下表所示，Sm为设计许用应力，Sa为疲劳曲线得到的许用应力强度幅。
表1分类应力强度的评定３水泵应力强度评定案例水泵的第一主应力和第三主应力云图如图１所示。
图１水泵第一主应力和第三主应力云图针对水泵，应力评定只涉及总体一次薄膜应力以及局部薄膜应力与一次弯曲应力之和。
以蜗壳内隔板处沿隔板厚度作为评定路径，如图2所示。
图2水泵隔板处评定路径图3为评定路线上插值各点应力线性化曲线。
其横坐标为评定路径上的评定点与起点之间的距离，单位为ｍｍ；其纵坐标为路径上各插值点的应力强度数值，单位为ＭPａ。
《ANSYS工程分析进阶实例》第六章机械工程应用实例
机械工程应用实例知识要点：☑∙箱形结构☑∙移动载荷☑∙模态分析☑∙接触分析☑∙函数边界☑∙过盈装配☑∙路径分析☑∙时程分析☑∙Workbench☑∙应力线性化分析☑∙螺栓连接件的预紧力分析☑∙APDL编程实现节点载荷循环求和☑∙BEAM188、BEAM189、SHELL63、SHELL181单元本章导读：在机械行业分析设计中，越来越多地应用CAD、CAE技术进行辅助设计和辅助分析。
ANSYS软件有效的将有限元数值分析技术和CAD、CAE有机地结合在一起，使用户可以直观地分析结构设计中的问题。
集装箱起重机主要使用在吞吐量大、装卸频繁的集装箱货场、货运站。
本章中的RMG 门架结构为典型的箱形结构，在比较了ANSYS中几种梁壳单元后，最后选用SHELL63来模拟龙门吊中的箱形梁。
回转窑是一种大型回转圆筒设备，是一种对称机构，包含了滚圈和托轮的接触、托轮和轴承的接触问题，含有高度非线性。
其中托轮和轴承还有过盈配合问题。
筒体对滚圈的压力简化为一个在柱坐标下的余弦压力。
ANSYS Workbench提供了一个协同仿真平台，拥有强大的CAD-CAE几何模型数据接口。
法兰接头广泛应用在压力容器和管道的可拆卸连接结构中，本章使用Workbench对法兰结构在螺栓顺序装配时的受力和变形进行有限元分析，其中包括了螺栓连接件的预紧力分析。
锥形夹头是一种机械常用装置，用于夹持机械构件。
接触分析是结构分析中的难点，本章以锥形夹头为例，详细地演示了接触分析的过程。
并且中使用APDL编程的方法演示了复杂的后处理技术。
在化工生产中，压力容器是使用最为广泛的一类设备。
本章以双支座卧式容器为例，采用ANSYS软件进行了有限元应力计算，分析了容器的应力与变形，并对其进行应力评定。
一般情况下，沿穿过壁厚路径的线法强度评定方法是目前最常用的方法。
ANSYS软件提供了应力线性化后处理方式。
6.1 龙门起重机结构有限元分析集装箱起重机主要使用在吞吐量大、装卸频繁的集装箱货场、货运站。
Ansys_Workbench12_应力线性化
Ansys Workbench12.0 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应力线性化选项，做过的朋友都明白，不详细说了7. 线性化的结果示例。
2009-7-9 ---------By jg_meng1.筒体DN600X8X1000，两个接管DN110X6，一个径向，一个非径向，全焊透焊缝高度都是8mm。
筒体材料Q345R，接管材料20。
ansys第六章通用后处理
• 通过画出结构能误差的等值线图，可显示误差较大的区域 -- 这些区 域需要网格加密。
• 画出所有单元的应力偏差图，可给出每个单元的应力误差值。 (平均 应力和非平均应力不同)
后处理
...误差估计
PowerGraphics 打开 (缺省)
PowerGraphics 关闭
检查网格精度
• 由于网格密度影响分析结果的精度，因 此有必要验证网格的精度是否足够。
• 有三种方法进行网格精度检查：
1. 观察（ Visual inspection ）
2.误差估计 3.将网格加密一倍，重新求解并比较两者结果。
– PowerGraphics下不支持
后处理
C. 路径操作
• 查看结果的另一种方法是通过路径操作, 这一
方法允许您:
– 在通过模型的任意一条路径上绘图输出结果数据 – 沿某一路径进行数学运算, 包括积分和微分 – 显示一 “路径图” — 观察结果量沿路径的变化情
况
• 此方法仅对包含2-D 或3-D 实体单元或壳单元 的模型有效.
• 误差估计 仅在 POST1中有效且仅适用于 : – 线性静力结构分析和线性稳态热分析 – 实体单元 (2-D 和 3-D) 和壳单元 – 全图形模式 (非 PowerGraphics) 如果这些条件不能够满足, ANSYS 会自动关闭 误差估 计计算.
1. 定义一个路径 (续) – 首先激活需要的坐标系 (CSYS).
– General Postproc > Path Operations > Define Path > By Nodes or On Working Plane • 拾取节点或工作平面上的特定位置以形成期望的路径,按 OK • 选取一个路径名. 在许多情况下, nSets 和 nDiv 的空上最好
Workbench在压力容器分析设计中的应用技巧
Workbench在压力容器分析设计中的应用技巧[沈鋆][惠生工程（中国）有限公司，上海201203][摘要]Workbench是ANSYS公司研发的新一代仿真工具集成和应用环境，其先进性、高效性、便捷性深得用户认可。
但是目前在压力容器用户群中采用Workbench作为分析平台的并不多。
一方面是因为用户习惯了以往的ANSYS APDL平台，另一方面，很多用户没有真正认识并体会到Workbench平台带来的高效与便利。
本文从几何建模、载荷施加、后处理等几个方面，介绍了Workbench在压力容器分析设计中的应用经验和技巧，旨在展示Workbench在压力容器分析方面的优势。
[关键词]ANSYS；Workbench；分析设计；有限元；压力容器Application of Workbench to Design of Pressure Vesselsby Analysis[Shen Jun][Wison Engineering Co. Ltd.，Shanghai 201203][Abstract ] Workbench, a new generation of collaborative simulation platform, is developed by ANSYS Company. Its advancement, efficiency, convenience are deeply accepted byusers. But now in pressure vessel field few users use Workbench as analysis platform.On the one hand, most of users are used to previous ANSYS APDL platform; on theother hand, many users have not really known and recognized the high efficiency andconvenience of the Workbench platform. This paper introduces the Workbenchapplication experience and skills of pressure vessel design from aspects of geometrymodeling, load applying, post-processing, etc,. The purpose of this paper is to show theadvantage of Workbench in the field of design of pressure vessel by analysis.[ Keyword ] ANSYS Workbench; design by analysis; finite element; pressure vessel.1 ANSYS Workbench 简介ANSYS/Workbench 是ANSYS 研发的新一代仿真工具集成和应用环境，在Workbench 环境中，用户始终面对同一个界面，无需在各种程序界面之间频繁切换，所有研发工具只是这个环境的后台技术，各类研发数据在此平台上交换与共享。
《高等工程力学》第6章_线弹性断裂力学(正式)
图6-1 含中心裂纹的板
Vε = −
σ
2E
πa 2
（6-3）
6.1 断裂分析的能量方法3 断裂分析的能量方法3
应变能是由裂纹扩展释放出来的，而在形成裂纹的过程中，材料内 部的结合键将发生断裂，所引起的能量被材料吸收，产生了与裂纹扩展 长度a相关联的表面能
Es = 2γa （6-4） 式中，γ为单位面积表面能，单位为(J/m2)；系数2是因为形成了两 个自由表面。 令总能量Es＋Vε的导数为零，可得到临界裂纹长度值
K ΙΙ = k ΙΙτ πa
（6-14）
式中，因数 kΙΙ为大于或等于l的值，其具体数值解答请见参考 有关文献。
6.3 应力强度因子 7
6.3.3 二维Ⅱ型裂纹和Ⅲ型裂纹 二维Ⅱ型裂纹和Ⅲ 对于图6-5中平面问题的应力单元，类似关于Ⅰ型裂纹的推导，可以 给出平面剪切型(Ⅱ型)裂纹的应力强度因子KⅡ。裂纹尖端附近的应力场 为
6.1 断裂分析的能量方法
英国物理学家Griffith的基本观点： 的基本观点： 英国物理学家 的基本观点
在裂纹扩展过程中，由于物体内部能量的释放所产生的裂纹驱动力 导致了裂纹的增长。同时，也存在着阻止形成新的裂纹面积的阻力，即 在裂纹增长过程中，物体中驱动裂纹增长的动力与阻止裂纹增长的阻力 是平衡的。这一能量平衡方法成为材料和力学科学发展史上最著名的贡 献之一。下面将简单介绍这一方法。 材料在单向应力作用下，应变比能为
K Ι = k Ισ πa
（6-13）
式中因数k Ι 为大于或等于1的值，其具 体数值解答请见参考有关文献。
图6-6 几何对称的含孔边裂纹有限大矩形板 a)对称受力 b)反对称受力
6.3 应力强度因子 6
图6-6b表示几何对称而受力反对称的含孔边裂纹矩形板， 含孔边对称裂纹有限大板应力强度因子KⅡ，即平面剪切Ⅱ 型裂纹的公式为
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；。
方形容器设计计算分析比较
方形容器设计计算分析比较张焱，马斓擎，金东杰，张荻，金刚（中核能源科技有限公司， 北京 100193）[摘 要] 本文对方形容器的计算进行了研究，比较GB/T 150中非圆形截面容器计算方法和有限元分析方法的计算结果，分析了GB/T 150计算方法的适用性。
[关键词] 方形容器；分析计算作者简介：张焱（1978—），女，辽宁人，本科，高级工程师。
从事压力容器设计、制造工作。
表1 分离器参数表表2 材料性能参数工程上经常见到方形容器或方形接管，由于其结构简单、紧凑，制造方便，平稳性好，还有较大的表面积和较高的传热效率，常被应用在化工容器中，如各种洗槽、电镀槽、锅炉联箱以及分离器入口接管等。
以一台分离器蒸汽进口方形接管为例，采用应力分析方法验证GB/T 150附录A 计算方法的适用性。
1 设计参数容器类别Ⅰ类工作压力 MPa 0.6设计压力 MPa 1.0工作温度（入口/出口）℃100设计温度 ℃180介质蒸汽主要受压元件材料S30408注：1.风载荷、地震载荷、重力载荷及设备内液柱静压头（气体，无静压头）产生的应力与设备内压产生的应力相比较小，对设备影响很小，因此不考虑风载荷、地震载荷、重力载荷及设备内液柱静压头的影响。
2.在正常操作情况下，容器设置了有效的保温，内外壁温差小，温度梯度也很小，温差应力对本设备强度和疲劳影响较小，故忽略热载荷相关计算。
3.在计算包括二次应力强度的组合应力强度时，应选用工作载荷进行计算。
本报告中选用设计载荷进行强度分析结果是偏安全的。
S30408II （锻）设计工况180℃Sm=132.8MPaEt=184200MPaμ=0.32 方形接管截面形式图1 分离器方形接管截面形式3 结构分析GB/T 150.3附录A 对于非圆形截面容器给出了设计计算方法。
分离器蒸汽进口方管可以看作无加强对称矩形截面容器，根据GB/T 150.3附录A 进行计算。
因为蒸汽进口方管两端分别与设备筒体和天圆地方接管相连接，不同于方形容器，有封头的加强作用，因此不能考虑封头加强作用的的修正系数。
现代材料加工力学-第六章
式中， 类似于弹性模量与剪切模量。
于是可得出类似广义Hooke定律的塑性本构方程：
能求出 。
若已知σij ，要求出dεij之间的比值，则必须给出
而无法求出σij ，这是该理论的主要缺陷。
材料而言，若已知σij只能求出dεij之间的比值，
全量理论（形变理论）
若已知应变变化历史，即知道了加载路径，则沿这个路径可以积分得出应力与应变全量之间的关系，建立全量理论或形变理论，尤其是在简单加载条件下，把增量理论中的增量符号“d”取消即可。 用Prandtl-Reuss增量理论的积分形式表达即为： 上式称为Hencky全量理论方程，只适用于小塑性变形或简单加载的大塑性变形。
d σij ;若已知dεij ，在给出了εij的条件下，也只
对于强化材料（应力与应变一一对应）而言，
而无法求出它们的值。若已知dεij ，只能求出 ，
应当指出的是，Levy-Mises增量理论对于理想
Saint-Venant塑性流动理论（应力应变速率关系方程）
其中
假设条件几乎同前，有：
同样也可写成广义Hooke定律形式。由于上式和粘性流体的牛顿公式相似，故称为塑性流动方程。Levy-Mises方程实际上是塑性流动方程的增量形式。若不考虑应变速度对材料性能的影响，二者是一致的。
多向变形： ， 有6个独立分量。 由于不计包申格效应，故 应为偶函数（拉伸和压缩时σs相同）。
单击此处添加文本具体内容，简明扼要地阐述你的观点
202X
第6章 塑性本构方程 Chapter 6 Constitutive Equations of Plastic Deformation
塑性变形的力学特点(回顾)
6.1.1 变形力学特点(与弹性变形相比)
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。
ASME应力线性化
第一部分A S M E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。
图1值由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程:, 确(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 Windows线性化模块将按以下步骤自动外推出节点应力张量:(1) 确定外围单元本步操, 用外其中: σik: 均化后第 k 号节点上的第 i 应力分量值Nk: 与节点 k 相连的单元数σijk: 第 j 号单元在其 k 节点上的第 i 应力分量值步骤三内插求积分点应力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。
σ,x,(1) straight section ρ=∞ (2) curved section ρ=R图8下面按轴对称, 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 非轴对称如图 9 所示, 薄膜应力的计算公式为()ξξσσd t tt i m i⎰-=221(3-1) 图 9在N1 处, 弯曲应力的计算公式为:ξσi : 路径上ξ 处的第 i 应力分量值 ξ : 沿路径的坐标i : i = 1-6, 分别代表 σσστττx y z xy yz zx ,,,,,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:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=∑=n j j i n i i mi n 2,,1,22111σσσσ(3-4)()()[]()⎭⎬⎫⎩⎨⎧-+-+---=∑-=ξξσξξσξξσσm i n j j i m n n i m o i bn t i 12,,1,21)1(61 (3-5) 其中 σij : 第 j 个积分点上的第 i 应力分量与薄薄膜应力计算公式为:()ξξσσd t tt x m n⎰-=221(3-8) 其中xm σ: 路径方向上的薄膜应力()ξσx: ξ 处沿路径方向的应力分量t : 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:22x x b xm σσσ=- (3-9)其中: 1x bσ 起始点处沿路径方向应力分量的弯曲应力值其中: ()ξσy : 路径上ξ 处垂直路径方向的应力分量 ()ξR : 路径上ξ 处半径t : 路径长度由路径N1N2所定义的旋转面面积Ay 为:A R t y c =⋅⋅.2π (3-11)其中: ()2121R R R C +=R 1: N1处的半径 R: N2处的半径 , 致使 ()()()ξπξξσd R x dF x M t t t t ff x x 2)(2222⎰⎰---=-= (3-14)惯性矩I 为:I R t R tx c c f =⋅-1122232ππ (3-15)所以, N1处的弯曲应力σy b 1 为:()IMy x x fb-=11σ(3-16)N2处的弯曲应力 σy b 2 为:(ii). 弯曲应力h bσ()()⎰-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=222211121t t hhhhbd t h x xt x x ξρξξξσσ (3-19)()()⎰-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=222221122t t hh hhbd t h x x t x x ξρξξξσσ (3-20) 其中:1h bσ N1处的环向弯曲应力在如 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)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:S m : 薄膜应力()1@End S b : 路径起始点的弯曲应力值(S bS m S m Syy : σySzz : σzSxy: τxy Syz : τyzSzx : τzx第一主应力S1 : σ1第二主应力S2 : σ2第三主应力S3 : σ3@End1 @End2-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Sxx 31.96 45.95 -45.95 77.91 -13.99 107.32 16.08 185.23 2.09Syy 89.28 170.84 170.84 260.12 -81.56 124.7812.10 384.90 -69.47Szz 341.70 24.49 -24.49 366.19 317.21 72.1510.29 438.34 327.49Sxy -24.23 -35.87 35.87 -60.10 11.63 -58.32-5.36 -118.42 6.27------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------S.I. 318.61 306.32 400.72 310.47 397.50SIGE 288.50 273.16 370.19 308.99 366.62========================================================================。
[指南]adina中应力线性化
![[指南]adina中应力线性化](https://img.taocdn.com/s3/m/ef592eca5901020206409c87.png)
[指南]adina中应力线性化ADINA软件中应力线性化1. 应力线的定义方法ADINA8.8.1增加了应力线性化的新功能。
可以定义应力路径线，同时可以自己定义等距样点，这项功能为压力容器的计算结果的处理提供了很大的方便。
SCL应力分类线是基于ASME NB-3200进行应力线性化，另外SCL线性化功能也适用于应力之外的其它计算结果，例如CFD计算的速度结果和压力结果等。
下面结合一个简单实例来说明SCL的用法:图1 894节点图2 942节点如图1和图2所示，SCL线的起始点为图1中节点894，终点为图2中942，当然也可以通过坐标点来定义SCL线，我这里以通过节点来说明定义SCL线的方法。
定义SCL线的命令为:SCLLINE SCL1 LINEOPTION=NODES NODE1=894 NODE2=942 NSAMPLE=11命令的意思是:SCLLINE为定义SCL线的命令，SCL1为SCL线的名字，可以随意的定义，LINEOPTION=NODES为通过节点定义SCL线命令，如果是通过坐标，那么LINEOPTION=COORDINATES，NODE1为SCL线的起点，NODE2为SCL线的终点，NSAMPLE为定义插值点个数的命令，NSAMPLE=11的意思是包括起点和终点，SCL线上共有10个点。
显示SCL线的命令:RLPLOT NAME MESHNAME RLRENDERING 其命令的含义是:RLPLOT是显示SCL线的命令，NAME是RLPLOT的名字，可以通过这个名字对RLPLOT进行删除和修改，MESHNAME是要在网格上显示的网格模型名字，默认情况下为MESHPLOT00001，RLRENDERING有两个值可以选择，一个值为default，另外一个factory。
一般情况下可以把NAME后面的命令省略掉，只用RLPLOT就可以了。
如下图所示:图3 SCL1在网格模型上的显示沿SCL1线进行应力线性化，进行线性化的命令为: SCLSHOW SCL1，如图4所示:。
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•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 with
linear 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，OK
6-17
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。
6-18
6-19
•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。
−选择底面外壁、内壁两条线（注意，鼠标应该在两条线的同一侧选择，程序会标识AA’，BB’, 应该如图1所示，如果出现图2所示情况，则应该重新选择。
−Apply
建立面网格
应力线性化
图1图2
应力线性化
建立面网格
•容器侧面和倒角
−方法同上
−侧面AA’和AB分别为20和4
−倒角AA’和AB分别为5和4
−完成后见右图
•参数化说明
−ALGOR的网格操作实现了参数化，前面的操作可
以随时修改
−每一步操作在模型的左侧都有相应的对象出现，右
击对象，选择Modify可以重新修改，或者选择其它选
项进行别的操作。
6-21
修改Surface
图1
图2
6-22
6-23
•通过旋转拖拉对象生成•旋转拖拉Surface 2
−目的是保证内表面的所有Line 均为Surface 2以方便随后的加载。
若不考虑Surface 号，则可以直接选择左侧三个Mesh 对象右击鼠标拷贝生成三维网格，但由于内壁的点为不同Surface 的交点，不能保证生成的所有的内壁线均为Surface 2。
−选择Surface 1和3，右击鼠标，选择Filter
作用是后面的选择操作将不考虑这两个Surface 对象−选择模式：框选－线，然后框选所有线，由于Surface1和3被过滤，所以只有内壁的线被选中。
−右击鼠标，选择Rotate or Copy ，按右图设置−选择Copy ，数目为15，Join −Total angle ：90−旋转轴：Y −轴线上点：0,0,0−OK
生成三维网格
应力线性化
6-24
•旋转拖拉Surface 3
−目的是保证底面的所有生成三维网格
应力线性化
生成三维网格
•旋转拖拉Surface 1
−选择Surface 1，右击鼠标，选择Filter off
−选择Surface 3，右击鼠标，选择Filter
−选择模式：框选－线，然后框选所有线，由于
Surface2和3被过滤，所以只有Surface1的线被选中。
−右击鼠标，选择Rotate or Copy
−采用与前面相同的设置
−OK
−选择Surface 2和3，右击鼠标，选择Filter off
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生成三维网格
•删除重叠线
−由于分为三次旋转拖拉，在相互交接部位会生成重
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图1
图2
应力线性化
有限元信息定义
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6-29
•Perform Analysis
等效应力分布
总位移分布
6-30
•Utilities->Stress Linearization,出现窗口•窗口中可以旋转移动模型
−旋转：中键−移动：Ctrl ＋中键−缩放：滚动中键
•将倒角处局部放大
•如右图设置并选择应力分类线的两端节点：−点击鼠标右键可以选择，也可以直接输入−结果见下页
应力线性化
应力线性化
•P
m =240992.8394, P
m
+P
b
=1638033.5981
应力线性化结果
应力线性化
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