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）。
[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:。
大型薄壁压力容器Shell51单元模型的应力线性化分析
本文由ｓｕｐｐｅｒｈｅｒｏ１２３贡献 ｐｄｆ文档可能在ＷＡＰ端浏览体验不佳。
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第 ３２ 卷 ５ 期 第 化 工 机 械 ２７５ 大型薄壁压力容器 Ｓ ｈｅ ｌｌ ５１ 单元 模型的应力线性化分析 郭崇志 ３ 陈文昕 纪昌盛 （华南理工大学 ） 摘 要 针对 ＡＮＳＹＳ软件 Ｓｈｅｌｌ单元无法得到应力线性化数据的问题 ，采用 Ｓｈｅｌｌ单元建立了典型化工 设备模型 ，通过具体分析 Ｓｈｅｌｌ ５１ 单元的数据 ，给出了应力线性化评价数据的计算方法和相应计算公式 ， 实现了 Ｓｈｅｌｌ ５１ 单元模型的应力线性化分析计算 。
同时 ，通过实例分析得到的结论 ，对于指导利用 Ｓｈｅｌｌ ５１ 单元模型进行分析设计评估和化工设备的安全评价具有重要的作用 。
关键词 应力分类 数值分析 化工设备 压力容器 应力线性化 安全评价 中图分类号 ＴＱ０５１１３ 文献标识码 Ａ 文章编号 ０２５４ ２ ６０９４ （ ２００５ ） ０５ ２ ０２７５ ２ ０４ 大型商用软件 ＡＮＳＹＳ用于化工设备或锅炉 压力容器分析评价时遇到的应力线性化问题 ， 在 实体单元模型如 ｂｒｉｃｋ 或者 ｐ ｌａｎｅ 模型中得到了 解决 。
但对于用 Ｓｈｅｌｌ单元建立的模型 ，却不能直 接得到应力线性化数据 。
因此 ， 当需要采用分析 根据图 １， 利用各类应力的定义 ， 假定已知 Ｓｈｅｌｌ单元模型沿着厚度方向两个表面点和中面 点的应力 ， 并且沿着厚度的方向 （即曲面的外法 线方向 ）为 ｘ 的正向 ，建立如下的应力分类计算公 式： 平均薄膜应力 Ｍ ｉ 设计的方法对结构进行评估时 ，采用 Ｓｈｅｌｌ单元建 立模型就遇到很大的困难 。
解决这个问题 ， 一般 可以采用两种处理办法 ： 一是子模型 （ ｓｕｂｍｏｄｅｌ２ ｉｎｇ）技术 ，对切割边界的要求很严格 ； 二是在初步 分析的基础上 ，在模型的局部再次细化模型 ，直接 利用输出数据进行评估 。
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。
承压设备的应力分析与线性化
承压设备的局部应力分析接管和壳体是压力容器的基本组成部件，其性能和结构决定着设备的安全与否，并影响设备的材料选择。
因此，接管、壳体、接管与壳体的过渡区域，以及接管与管道的连接区域的分析计算是压力容器设计重点关注的问题。
接管作为过渡部件连通管道和壳体，存在几何不连续，且载荷种类复杂，包含的应力种类较多，很难采用纯数学和力学手段得出强度的解析解。
工程中常借助有限元分析软件对此处进行分析设计，并按相应的应力分类根据标准和规范规定的限值对分类后的应力强度进行评定。
ASME中的应力分类方法是以弹性板壳理论为基础，在实际的工程应用中存在几个问题：（1）以采用(弹性)板壳理论求解方法为基础的应力分类及其评定和数值解方法所得到总应力之间不匹配的问题。
随着压力容器设计参数升高，结构越来越复杂，板壳理论来求解组件应力已经无能为力，必须采用有限元等数值方法来处理，而采用有限元方法所求得的总应力要按照应力分类及其评定的理念进行设计，特别是三维结构，必须对得到的总应力进行正确的分类，现阶段利用有限元软件分析接管的局部区域时，只是针对制定路径提取结果，结果列表中只有膜应力“MEMBRANE”、膜+弯曲应力“MEMBRANE PLUS BENDIN G”、峰值应力“PEAK”、总应力“TOTAL”，不能区分膜应力是总体薄膜应力Pm还是局部薄膜应力PL，这需要工程师参考规范规定以及经验来判断。
ASME HBB中表HBB-3217-1中规定在接管壁，以及补强范围以外、补强范围以内的应力分类，但是在接管局部区域既存在自限性的二次应力，又有不自限的一次应力，很难区分。
因此存在一个用弹性力学或有限元所求得的总应力和根据板壳理论提出的应力分类方法得到的应力不匹配的问题。
（2）弹性力学分析方法所得到失效评定结果和实际失效结果存在差距。
接管局部区域的应力较高，易于失效，这些区域在失效前往往已进入塑性区，结构会发生改变，应力会重新在分布，而采用弹性分析方法未考虑这一点。
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）。
关于压力容器分析设计中的应力分类方法
关于压力容器分析设计中的应力分类方法发布时间：2021-12-28T08:54:25.672Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：李玲俐贾雪梅侯玮[导读] 并运用实例对应力分类展开了计算，最后提出一些意见，希望给压力容器分析设计中的应力分类带来积极的作用。
巴克立伟（天津）液压设备有限公司天津西青300385摘要：按照压力容器分析设计的标准，可把二维以及三维实体弹性有限元的计算应力分为三类，即一次应力、二次应力与峰值应力，于是本文就着重对这三类应力的原理展开了研究，并运用实例对应力分类展开了计算，最后提出一些意见，希望给压力容器分析设计中的应力分类带来积极的作用。
关键词：压力容器；分析设计；应力分类1 引言压力容器分析方法中的应力分类法最早是由 ASME 机械工程师协会于上世纪 60 年代纳入ASME VIII-2 中的。
我国最早也是在 JB4732-1995 中正式颁布了压力容器分析设计标准。
随着计算机技术的发展，使用有限元分析软件来进行分析设计已经被广泛普及和应用。
应力分类法主要以板壳理论中的应力分析作为根据，通过以线弹性分析的方法解决弹塑性结构的失效问题。
因为压力容器分析设计引入了应力分类，所以当设计人员计算好应力之后，还需根据结果进行分类，分为一次应力、二次应力以及峰值应力，每种应力的失效机制以及极限值均不同。
虽然具有特殊载荷在局部区域的应力分类，不过此分类主要是壳体理论的，无法直接用于二维以及三维实体弹性有限元当中。
目前二维以及三维实体有限元的应力分类方法还没有标准的原则，为此后文将通过对比分析法对几种应力分类进行综合阐述。
2 应力分类方法2.1 弹性补偿法（ECM）弹性补偿法也被称为减少模量法（RMM），此方法的应用原理为：降低高应力单元弹性模量、增加低应力单元弹性模量。
此方法是最先用于管道系统的应力分类方法，后来应用在压力容器当中。
减少模量法（RMM）在弹性有限元计算应力当中主要就是把模拟的非弹性响应和带有一次、二次特征的理想模型展开比较，进而分成一次应力与二次应力。
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 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
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
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
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
7. 线性化的结果示例。
2009-7-9 ---------By jg_meng
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.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)。
应力线性化原理在压力容器分析设计中的应用分析
应力线性化原理在压力容器分析设计中的应用分析作者：胡洋王超悌尚英军来源：《科学与财富》2018年第07期摘要：应力线性化原理是压力容器设计过程中需借助的主要原理，是提高容器设计合理性的关键。
本文简要介绍了应力线性化原理，强调了将该原理应用到压力容器设计中的重要价值。
基于此，对应力线性化模型的建立方法进行了详细的探讨，并以某压力容器为例，在借助应力线性化原理的基础上，对其设计方案进行了分析，证实了该原理的应用价值。
关键词：应力线性化原理；压力容器；轴对称模型前言：压力容器属于石油、化工等领域所应用的主要设备，该设备设计过程中，如力学指标存在误差，极容易对容器使用的安全性造成影响，对容器使用寿命的延长不利。
实践研究显示，将应力线性化原理应用到压力容器的设计过程中，有助于提高容器力学参数的合理性。
可见，为优化容器的设计效果，对该原理的应用方法加以探讨较为关键。
1 应力线性化原理应力线性化，即将有限元分析所得到的应力分布曲线，进行线性化处理，使之“弯曲应力”、“薄膜应力”以及“峰值应力”的变化情况能够体现在曲线当中的一种力学分析方法[1]。
压力容器设计过程中，薄膜应力、弯曲应力以及峰值应力，属于影响容器使用安全性的主要因素。
根据各应力名称的不同，其影响同样不同。
薄膜应力一般沿压力容器的截面均匀分布，应力的大小，与截面的厚度有关。
弯曲应力一般沿压力容器的截面线性分布，应力与截面厚度合力矩等效。
为提高压力容器设计的合理性，确保三项力学参数合理较为重要[2]。
2 应力线性化原理在压力容器分析设计中的应用2.1 应力线性化模型的建立方法应力模型包括非轴对称模型与轴对称模型两种，两种模型的建立方法存在一定的差异：2.1.1 非轴对称模型非轴对称模型所对应的应力，一般呈非线性的形式分布，应力一般沿压力容器的截面厚度方向分布。
根据压力容器静力等效以及静弯矩等效的不同，应力的计算模型同样有所差异。
计算时，需将“非线性应力分布值”、“弯曲应力”、“截面厚度”等参数，纳入到模型当中，提高结果的准确度。
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abaqus中英文ABAQUS专业术语中英文对照前后处理器模块——ABAQUS/CAE几何体建模——GeometryGeometry Creation Tools（几何体生成工具）2-D Sketcher（二维草图）Sketch T ools and Options（草图工具和选项）Geometry Import/Export（几何体导入和导出）Geometry Repair T ools（几何体修补工具）Mesh Edit（网格编辑）模型装配——AssemblyInstance Tools（实例工具）Sets and Surfaces（集合和表面）Display Groups（显式组）Merge/Cut T ools（合并/剪切操作）定义材料性质——PropertiesMaterial Models（材料模型）General（一般性质）Elasticity（弹性性质）Electrical properties(电性质)Mass diffusion（质量扩散）Plasticity（塑性性质）Pore fluid properties（孔隙流体性质）Thermal properties（热性质）Gasket（垫片）Acoustic medium（声学介质）Equation of state (EOS) materials（状态方程）User materials（用户自定义材料）Hyperelastic material evaluation（超弹性材料评估）Sections（截面性质）Solid（实体）homogeneous（各向同性的）, generalized plane strain（广义平面应变的Shell（壳）homogeneous（各向同性的）, composite（复合材料壳单元）, membrane （薄膜）,surface (rebar layers)（带钢筋层的曲面）Beam（梁） beam（梁）, truss（杆）Point（点）mass（质量单元）, rotary inertia（转动惯量）, damping（阻尼）, capacitance（电容）Gasket（垫片）Beam section profiles（梁截面形状）Skin（蒙皮）Orientations（材料方向）分析流程功能——AnalysisGeneral, Linear and Nonlinear Analyses（通用，线性和非线性分析）Static stress/displacement analysis（静力分析）Viscoelastic/viscoplastic response（粘弹/粘塑响应）Dynamic stress/displacement analysis（动力分析）Heat transfer analysis（热传导分析）Mass diffusion analysis（质量扩散分析）Acoustic analysis（声学分析）Coupled problems（耦合问题）– Thermo-mechanical（热固）– Thermo-electrical（热电）– Piezoelectric（压电）– Pore fluid flow-mechanical（孔隙流动）– Thermo-mechanical mass diffusion（热-固-质量扩散）– Shock and acoustic-structural（冲击和声固耦合）Linear Perturbation Analyses（线性摄动分析）Static stress/displacement analysis（应力位移静力分析）– Linear static stress/displacement analysis（应力位移线性静力分析）– Eigenvalue buckling estimates（特征值屈曲分析）Dynamic stress/displacement analysis（应力位移动力学分析）– Natural frequency extraction（自振频率提取）– Complex eigenvalue extraction（复频率提取）– Transient response via modal superposition（通过模态叠加法计算瞬态响应）–Steady-state response to harmonic loading （简谐载荷下的稳态响应）– Response spectrum analysis（响应谱分析）– Random response analysis（随机响应分析）Analysis Controls（分析控制）Output Requests（输出请求）定义约束和接触——Constraints and InteractionsContact（接触）General contact (ABAQUS/Explicit)（通用接触）Surface-to-surface contact（面面接触）Self-contact（自接触）Contact Properties（接触性质）Constraints（约束）Thermal（热）Loads（载荷）Mechanical（机械）Bolt load（螺栓预紧力）Thermal（热）Acoustic（声场）Fluid（流体）Electrical（电）Mass diffusion（质量扩散）Fields（场）Multiple load cases（多工况）Connectors（连接单元）Boundary Conditions（边界条件）Nodal（节点位移）Velocity（速度）Acceleration（加速度）Velocity/angular velocity（角速度）Submodel（子模型）Pore pressure（孔压）Electric potential（电势）Temperatures（温度）网格划分——MeshingMesh Seeding（网格种子）Structured Meshing（结构化分网）Surface Meshing（表面分网）Solid Meshing（实体分网）Virtual Topology（虚拟拓扑）单元库——Element Library Beam（梁单元）Truss（杆单元）Connector（连接单元）Shell（壳单元）Membrane（薄膜单元）Continuum（实体单元）Elbow（弯管单元）Gasket（垫片单元）Pipe（管道单元）后处理——VisualizationModel plotting（模型图）Deformed, contour, vector/tensor, path, tickmark, overlay, material orient ations, X–Y plots（变形图，云图、矢量/张量图、材料方向图、X-Y曲线图等）Animations（动画）Stress linearization（应力线性化）Tabular data reports（数据报表）Probe/query tools（查询工具）Diagnostics visualization（结果诊断）过程自动化——Process AutomationPython scripting（Python脚本）GUI toolkit（用户界面工具包）Macro manager（宏管理器）隐式求解器模块——ABAQUS/STANDARD分析类型——Analysis TypesGeneral, Linear and Nonlinear Analyses（通用，线性和非线性分析） Static stress/displacement analysis（静力分析）Direct cyclic analysis（直接载荷循环分析）Viscoelastic/viscoplastic response（粘弹性和粘塑性）Dynamic stress/displacement analysis（动力学分析）Steady-state transport analysis（稳态传输分析）Heat transfer analysis（热传导分析）Mass diffusion analysis（质量扩散分析）Acoustic analysis（声场分析）Coupled analysis（耦合分析）Linear Perturbation Analyses（线性摄动分析）分析和建模技术——Analysis and Modeling Techniques求解技术——Solution Techniques材料定义——Material DefinitionsElastic Mechanical Properties（弹性机械性质）Inelastic Mechanical Properties（非弹性机械性质）Additional Material Properties（其他材料性质）单元库——Element LibraryContinuum（实体单元）Membranes（薄膜单元）Beams（梁单元）Pipes（管道单元）Elbows（弯管单元）Frame Elements（框架单元）Trusses（杆单元）Gasket Elements（垫片单元）Inertial Elements（惯性单元）Rigid Elements（刚体单元）Capacitance Elements（热容单元）Connector Elements（连接单元）Springs, Dashpots, Flexible Joints（弹簧，阻尼器，柔性接头）Distributed Coupling（分布耦合）Special-Purpose Elements（特殊用途单元）User-Defined Elements（用户自定义单元）预设条件——Prescribed Conditions约束和接触——Constraints and Interactions Kinematic Constraints（自由度约束）Surface-Based Contact Modeling（基于表面的接触建模）Element-Based Contact Modeling（基于单元的接触建模）Cavity Radiation（空腔辐射）用户子程序——User Subroutines显式求解器模块——ABAQUS/EXPLICIT分析类型——Analysis Types非线性显示动力学分析分析和建模技术——Analysis and Modeling Techniques 材料定义——Material DefinitionsElastic Mechanical Properties（弹性机械性质）Inelastic Mechanical Properties（非弹性机械性质）Additional Material Properties（其他材料性质）单元库——Element LibraryContinuum（实体单元）Structural（结构单元）Inertial Elements（惯性单元）Rigid Elements（刚体单元）Capacitance Elements（热容单元）Connector Elements（连接单元）Springs, Dashpots（弹簧和阻尼器）预设条件——Prescribed Conditions约束和接触——Constraints and InteractionsKinematic Constraints（自由度约束）Contact Modeling（接触建模）。
基于ANSYS+Workbench的理论应力集中系数的求法
截面的名义应力值，那么就可将（2）式中的名义应力σ 0 替代为膜应力σ m ，便得出如下公式：
K t
=
σ max σm
（3）
2.2 几何模型和材料特性
-2-
长、宽、高分别为 160mm、80mm、10mm 的矩形截面板，板中心位置存在一直径为 32mm 的 圆形孔，材料特性按普通钢：弹性模量 E=200GPa，泊松比μ=0.3。
2 使用膜应力计算理论应力集中系数
2.1 理论分析
为了得到带孔平板的理论应力集中系数，首先引入膜应力的定义。
膜应力（membrane stress）是沿截面厚度均匀分布的应力分量，它等于沿所考虑截面的应力平
均值。膜应力可以由如下公式计算得出：
∫ σ m = 1 t
σ t / 2
dx
−t /2
s
（1）
为了解决这个问题，就必须使用构件的名义应力值来评估而不能直接使用有限元计算出的最大 应力值；根据最大应力值和名义应力值的关系，求出名义应力得先知道构件的理论应力集中系数； 一些标准构件的理论应力集中系数可以通过工程手册的图表直接查取或一些经验公式也可以求出，
-1-
对于非标准和没有相关数据图表的构件，获取理论应力集中系数需要通过实验来得到，但这往往很 困难。
点序号 距离（mm) 膜应力（MPa) 总应力（Mpa）
1
0
79.417
188.81
10
4.5
79.417
104.17
20
9.5
79.417
75.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ87
30
14.5
79.417
63.816
40
19.5
79.417
53.686
线性或线性化应力寿命(S-N)和应变寿命(e-N)疲劳数据的统计分析
5. Types of S-N and e-N Curves Considered
5.1 It is well known that the shape of S-N and e-N curves can depend markedly on the material and test conditions. This practice is restricted to linear or linearized S-N and e-N relationships, for example,
namic Forces in an Axial Fatigue Testing System E 468 Practice for Presentation of Constant Amplitude Fa-
tigue Test Results for Metallic Materials E 513 Definitions of Terms Relating to Constant-
Current edition approved May 1, 2004. Published June 2004. Originally approved in 1980. Last previous edition approved in 1998 as E 739 – 91 (1998).
2 For referenced ASTM standards, visitห้องสมุดไป่ตู้the ASTM website, , or contact ASTM Customer Service at service@. For Annual Book of ASTM Standards volume information, refer to the standard’s Document Summary page on the ASTM website.
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；。
核电主设备分析法设计中应力线性化路径可靠性及优化分析
核电主设备分析法设计中应力线性化路径可靠性及优化分析何铮;常华健;杨培勇;刚直;张锴;谢永诚;梁星筠【摘要】Design by analysis is one of the main methods for nuclear power equipment design.The structure integrity was judged using the safety-factor based on deterministic approach providing that safety margins of input parameters are sufficient in the design by analysis.In practical engineering,nondeterministic variables exist,such as geometry,material properties,occurrence of beyond design basic loads etc.Based on the design by analysis,the reliability and optimal analysis methods were introduced in the basic design or assessment by considering uncertainty of the subjective input variables (such as stress linearization paths).The transition cone of steam generator which is a typical structure of nuclear key component was chosen as a research case in this study.First,the sensitivity analysis was carried out to select the parameters which have the greatest influence on the stress linearization path,and then the best path was optimized by optimal analysis.The methods used in this study provide some suggestions for the selection of stress linearization path for engineering design.Meanwhile,these methods have a positive meaning to the application of reliability theory in the design by analysis of ASME codes and standards.%分析法设计是核电主设备设计的主要方法之一.该方法将结构设计或评定中各输入参量进行偏于安全的假设,以安全-不安全定性反映主设备设计的结构完整性状态.在确定性分析法设计的基础上,本研究基于概率统计理论,利用可靠性及优化分析方法,综合考虑结构设计或评定中涉及的主观不确定性因素(应力线性化路径选取),选取核电主设备典型结构形式——蒸汽发生器过渡锥体段为研究案例,首先对影响应力线性化路径选取的参数进行敏感性分析.随后,优化出最佳应力线性化路径.本研究方法为工程设计中应力线性化路径的选取提供建议.同时,该方法对可靠性理论在ASME核电规范与标准的分析法设计中的应用具有积极意义.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2017(051)007【总页数】6页(P1273-1278)【关键词】可靠性分析;优化分析;蒸汽发生器过渡锥体段;分析法设计;应力线性化路径【作者】何铮;常华健;杨培勇;刚直;张锴;谢永诚;梁星筠【作者单位】国核华清(北京)核电技术研发中心有限公司,北京 102209;国家电投集团科学技术研究院有限公司,北京 102209;国核华清(北京)核电技术研发中心有限公司,北京 102209;国家电投集团科学技术研究院有限公司,北京 102209;国核华清(北京)核电技术研发中心有限公司,北京 102209;国家电投集团科学技术研究院有限公司,北京 102209;国核华清(北京)核电技术研发中心有限公司,北京 102209;国家电投集团科学技术研究院有限公司,北京 102209;上海核工程研究设计院,上海200233;上海核工程研究设计院,上海 200233;上海核工程研究设计院,上海200233【正文语种】中文【中图分类】TL35分析法设计是以详细的应力分析为基础的设计方法，可为核电主设备的设计提供安全保障，是核电主设备设计的主要方法之一。
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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
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应力线性化的理论背景 • 局部薄膜应力的计算
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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
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– 首先沿应力分类线积分应力量 σN, σT, σH, τNT, τTH, τNH,得到合力（FN, FT, FH, FNT, FTH, FHN, ） – 局部薄膜应力为合力在应力分 类线上的平均 – 在局部薄膜应力分量的基础上 可以得到局部薄膜应力主分量 (P1M, P2M, P3M,)
合力计算
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ALGOR应力线性化方法 C区-曲线图显示区
– 定义应力分类线后，显示分类线上应力分布曲线 – 应力分量由左边的按钮控制（局部坐标系） – 同时将给出线性化计算结和果Pm和Pm+ Pb
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应力线性化的理论背景
• “局部薄膜应力+二次弯曲应力”计算
– 应力分类线两个端点的“ 局部薄膜应力+二次 弯曲应力” 可按右式计算 – T=t/2为node1端点，T=-t/2为node2端点 – 可以得到“ 局部薄膜应力+二次弯曲应力” 的主 分量(P1M+B, P2M+B, P3M+B,)
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划分网格并设置参数
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应力线性化的理论背景
• 根据有限元计算结果ALGOR得到应力分类线上的应力分 布（下图） • 分布曲线上的点数等于应力分类线所通过的单元数 • 有了应力分布就可以进行线性化计算（程序自动计算）
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ALGOR应力线性化方法 B区-模型结果显示区
– 显示模型以及应力结果 – 应力分量由左边的按钮控制（整体坐标系） – 从模型上可以选择节点定义应力分类线（后面介绍）
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– – – – 按下式计算 各个主分量前面已经得到 取两个端点的最大值 Pm和Pm + Pb是ALGOR 的应力线性化输出量
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• • •
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启动FEMPro
• 运行ALGOR->FEMPRO,选择File>New,弹出New对话框。 • 选择FEA Model,分析类型选择Static Stress with Linear Material Models. • 点击New,选择工作路径和文件名 Linearize,点击保存，进入FEMPRO 环境（空模型） • 修改单位系统：选择菜单Tools>Units,将单位系统修改为 Custom:N,mm,s,OK。
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ALGOR应力线性化方法
• D区-线性化控制区
– Node1和 Node2用于定义应力分类 线 – 输入节点号，或者用鼠标右键直接在 模型上选择节点 – 其余输入用于确定局部坐标系
• T轴方向Node1-> Node2(lnvert T Axis用于反向） • 坐标原点位于应力分类线的中点 • 输入坐标点确定一个考点（Ref点） • N轴或者H轴方向由参考点确定（取 决于激活Define the N Axis还是 Define the H Axis,以激活Define the N Axis为例，N轴方向为从T轴上一 点出发，垂直于T轴并通过Ref点的H 轴垂直于T 和N • 图形窗口中会显示局部坐标系方向
中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司 CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provide击树式管理器中plane2<YZ Right>,选择Sketch，进入草图绘制 界面。 • 点击草图工具Create Lines,保持Part,Surface,Layer号等于1，依次 输入如下坐标点并回车 (0,800,1000),(0,8,1000),(0,0,1400),(0,1100,1400),(0,1100,0),(0,1000, 0),(0,1000,1000),关闭框。 • View->Enclose,调整视图。 • 添加圆弧：点击Create Three Point Arc按钮，依次输入如下坐标点 并回车(0,800,1000),(0,1000,1000),(0,900,1100),点击Apply生成圆 弧，关闭框。 • 右击树式管理器中Plane2<YX Right>,取消Sketch,完成草图。
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应力线性化
• 应力线性化在压力容器非常有用 • 基于ASME规范，符合中国压力容器设置规范 JB4732-9
– – – – – 用线弹性计算结果评价容器强度 截面应力被线性化为“ 局部薄膜应力+二次弯曲应力 局部膜应力为均布应力 二次弯曲应力为线性分布反对称应力 线性化基于截面合力和力矩等效的原则
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应力线性化实例
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应力线性化
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应力线性化概述
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应力线性化的理论背景