GB/T4732引入ASME疲劳强度减弱系数时作了哪些调整和修改！

ANSYS分析设计人—专注压力容器分析设计交流平台！学贵得师，更贵得友！共同学习，共同进步！GB/T4732发布实施后，目前存在的困惑根据国家标准公告，GB/T4732新版分析设计标准已于2024年7月24日正式发布，但对于公告的理解，在行业内也引起了一小波热议。其中，有以下的问题可能让大家目前比较困惑：（1）按公告的理解GB/T4732发布之日即正式实施，没有过渡缓冲期，这与以往标准的实施政策不同，且标准已正式实施了，但标准的终版仍未正式发布，据悉，GB/T4732仍在校稿阶段，标准的终版与大家正式见面可能还得需要一小段时间，那么问题来了，对于发布日期之后的新的设计任务该如何执行标准呢，目前需要打一个问号；（2）GB/T4732的发布现在没有任何文件明文说正式取代JB4732，也没有说JB4732作废，有消息称GB/T4732和JB4732没有代替关系，互不影响，即JB4732不会作废，两个标准并行使用。如果真这样的话，那么以后在标准的应用上势必会对行业从业人员造成一定的困惑和争议；以上关于标准发布实施之后的问题及笔者获悉了解的信息，与朋友们简单说明和分享一下，消息未必可靠，大家暂时可简单了解一下。对于目前存在的问题，相信后续官方权威机构会通过一系列措施陆续作出澄清和说明，为标准更好的应用答疑解惑。五大失效模式弹塑性分析的简单理解此次，GB/T4732修订中内容变化较大的除过公式法章节外，最重要的一部分补充内容是全面引进了ASMEⅧ-2中具有先进设计理念和设计方法的弹塑性分析，主要体现在引入了五大失效模式的弹塑性分析方法，包括塑性垮塌、局部过度应变失效、屈曲、棘轮和疲劳，相较于弹性分析的应力分类法设计理念和方法更为先进，计算结果更为准确，同时对于应力分类法多年来存在的一些问题和争议，弹塑性分析方法则能更好的处理和解决，更进一步的体现了分析设计的先进性和优越性；第一大失效模式：塑性垮塌（1）该方法的理论基础为下限定理，即在所有与静力容许应力场（满足平衡条件且不违背极限条件的应力场）对应的载荷中，较小的载荷为极限载荷。根据下限定理，可以以数值计算时获得收敛解作为评定的判据。（2）具体实现时，根据计假设的条件不同，可分为极限分析和弹塑性分析。其中，极限分析以小变形和理想弹塑性材料模型作为假设条件，弹塑性分析为大变形和考虑应变强化特性的真实应力-应变曲线模型作为假设条件。相对于极限分析，弹塑性分析显然更加符合容器的真实响应，但计算代价也更大。（3）基于上述考虑，标准还给出了采用数值计算时评定步骤的要求。根据评定思路的不同，又分为载荷系数法和垮塌载荷法。其中，载荷系数法可用于评定设计方案能否通过。而垮塌载荷法既能用于评定设计方案能否通过，又能直观的体现出设计的安全裕度，但对于计算和判断要求更高一些。第二大失效模式：局部过度应变（1）按新标准的解释，局部过度应变失效从概念上说是一种防止容器或元件结构不连续处因材料延性耗尽而产生裂纹或撕裂。从背后的原理上来说，笔者认为可理解为一种防止在三个主应力相同或相当、且应力过大的情况下，可能会出现的局部应变过大进而导致的塑性垮塌断裂失效模式，可理解为是对塑性垮塌失效评定方法缺陷的一种弥补。（2）局部过度应变失效弹塑性分析的计算和评定采用的也是基于真实应力-应变曲线的大变形分析。计算的重点是：确定载荷设计工况、计算当量塑性形变、计算成形应变、单轴应变极限以及三轴应变极限的确定。（3）标准中除针对一次加载给出了局部应变失效的评定方法外，针对有循环载荷且明确加载顺序的工况，还给出了一种累积应变损伤法来进行评定。（4）JB4732标准中对于局部应变失效基于三个主应力代数和的评定方法，一是未指明应力的性质（即一次主应力、二次主应力、一次加二次主应力或总应力的主应力），二是未基于失效模式从理论原理方面给出明确的释义，三是受限于有限元软件自身的处理局限和应力分类法存在的缺陷，导致多年来在工程设计应用上也不尽统一和合理，存在不少的争议性，可能还会导致过度设计。弹塑性分析方法的引进可更好的进行准确计算、评定和验证，可消除弹性分析存在的局限性和争议性。第三大失效模式：屈曲对于屈曲的分析，新标准中给出了三种计算和评定方法，分别为：（1）分叉屈曲分析方法，基于弹性应力分析且不考虑几何非线性计算容器或元件的预应力；（2）分叉屈曲分析方法，基于弹塑性应力分析且考虑几何非线性计算容器或元件中的预应力；（3）垮塌载荷法对容器或元件进行弹塑性分析，考虑形状缺陷。（4）针对上述三种不同的屈曲分析方法，分别规定了不同的安全系数。其中规定了一个重要的参数是：承载能力减弱系数，用以考虑形状缺陷效应。第1种屈曲分析方法，基于弹性分析且未考虑几何非线性，会高估容器的真实解，因此安全系数最大。第2种屈曲分析方法考虑了材料和结构的非线性，相对而言更加精确，但依然会导致相对保守的解，安全系数略小。第3种屈曲分析方法，同时要考虑几何形状的缺陷，可以给出更为精确的结果，不再额外给安全系数，安全系数主要体现在各载荷组合工况的载荷系数中。第四大失效模式：棘轮棘轮的弹塑性分析和评定采用理想弹塑性模型，考虑几何非线性。给出了三种评定准则，规定了在施加不少于三个完整的循环载荷情况下，满足以下任一评定准则即为评定通过：（1）无塑性应变（有学者陈之为零塑性应变准则）；（2）在承受压力和其它机械载荷的截面上存在弹性核（有学者称之为弹性核准则）；（3）最后1个及倒数第2个循环之间的相关结构的尺寸-循环次数曲线表明，总体结构尺寸无永久性变形（有学者称之为总体变形准则）。第五大失效模式：疲劳采用了ASMEBPVCVIII-2基于弹塑性分析的疲劳评定方法。（1）可采用逐个循环分析法或者二倍屈服法进行弹塑性分析，计算总当量应力范围和当量塑性应变范围，确定有效当量应变范围，进而得到有效交变当量应力幅，最终通过疲劳设计曲线或公式完成疲劳评定。（2）逐个循环分析法基于随动强化模型，采用应力幅-应变幅表示的循环应力-应变曲线，对给定的载荷循环逐个进行弹塑性分析直至循环返转点处的应力和应变达到稳定。（3）二倍屈服法采用应力范围-应变范围表示的循环应力-应变曲线，在单调加载条件下进行弹塑性分析，可直接输出总当量应力范围和当量塑性应变范围。二倍屈服法无需采用循环塑性材料模型，也无需通过反复加载卸载循环，显然比逐个循环分析法应用更加简捷。弹塑性分析的一个尴尬点虽然新标准中已经全面引进了弹塑性分析方法，从上面的介绍可知，有些失效模式的分析需要采用材料真实应力-应变曲线来进行数值计算。当然，新标准附录C中，也明确给出了材料真实应力-应变曲线的详细计算方法和公式。GB/T4732.2中材料部分附录C中也给出了材料各温度下的屈服强度、高温持久强度极限平均值、弹性模量和平均线膨胀系数，但是：（1）对于计算材料真实应力-应变曲线所需的各温度下的抗拉强度却没有数据可查询，有一个方法是可以通过材料的许用应力乘以安全系数去反推抗拉强度，但是当许用应力是由屈服强度决定的时候，反推的抗拉强度的数值是偏小的。（2）对于棘轮弹塑性分析和评定可能所需的比热容参数或相关参数没有数据可查询。（3）对于高温蠕变部分分析和评定所需的材料性能参数更是缺少很多数据和曲线。弹塑性分析方法有了，计算方法、评定流程或步骤、计算公式等等都有了，但是却缺少最重要的前提输入条件：材料的性能参数。不管做什么，如果前提输入条件是错的，那么后续即使用最认真的努力和最严谨的态度花最多的时间用最准确的方法，那么结果可能也会导致多米诺骨牌的连锁效应，一步错步步错、小错引起大错、一错再错。当然，此处这么打比方肯定是夸张了，但是本质确实是这样的。为的是，ASMEⅡD中都已经引入了我国Q345R、Q370R、15CrMoR主要材料的各类性能参数了(包括各温度下的抗拉强度)，而国标却没有。以后国内的可能要查询ASME标准中的材料性能参数进行计算这也是GB/T4732目前存在的一个重大问题，也需要后续由官方权威机构作出澄清和说明，以方便行业设计人员的使用，避免存在误区和争议。以上是对五大失效模式弹塑性分析方法的简单介绍和理解，以及对存在的问题表明的困惑，深入的学习和理解恐怕需要等到GB/T4732标准释义发布后进一步学习。以上内容为笔者学习标准总结的内容，掺杂着一点笔者的个人观点，因笔者水平有限，文章内容的理解和解读会有不到位或不当之处，还请不吝批评指正！请不吝点个在看！分享成就你我他！来源：ANSYS分析设计