首页/文章/ 详情

厚壁圆筒弹塑性分析

5月前浏览9473

本文摘要(由AI生成):

本文介绍了弹塑性分析中两种常见的强化模型:等向强化和随动强化,并描述了它们在材料屈服行为中的应用。文章进一步通过一个超高压管道的自增强过程为例,详细阐述了弹塑性分析在承载能力计算中的应用。通过理想弹塑性材料的2D分析,模拟了加载、卸载和工作载荷三个过程,并展示了模拟结果。结果显示,自增强技术可以有效提高圆筒的初始屈服压力,从而更充分地利用材料性能。


1 材料非线性

弹塑性分析需要定义材料的强化模型,目前广泛采用的强化模型有等向强化模型和随动强化模型。

如果材料在一个方向屈服强度提高(强化),在其他方向的屈服强度也同时提高,这样的材料叫等向强化材料;如果材料的拉伸屈服强度提高多少,反向的压缩屈服强度就减小多少,这样的材料叫随动强化材料。如果只有单向加载(即没有卸载和反向加载)应力,则两种材料模型的效果是一样的。

等向强化和随动强化是强化行为在极端情况下的特例。对于大部分实际材料,强化规律大多介于等向强化和随动强化之间。在加载过程中,如果在应力空间中的应力矢量的方向(或各应力分布分量的比值)变化不大,则等向强化模型与实际情况更接近。等向强化模型经常用于大应变或比例(非周期)加载;随动强化模型考虑了包辛格效应,通常用于小应变、循环加载。

2  问题描述

有一超高压管道,内径Ri=17mm,外径Ro=39mm,承受内压力p=300MPa,无轴向压力,轴向长度视为无穷大。现作用在内孔上的自增强压力pi=650MPa,操作温度下材料的屈服极限ReL=900MPa。计算自增强后高压管道的承载能力。(详见《过程设备设计》2.3节厚壁圆筒应力分析,例子源于习题2-8)

根据Mises屈服失效判据,有:

image.png

卸载后,残余应力分布为:

塑性区(Ri≤r≤Rc)

image.png

弹性区(Ri≤r≤Rc)

image.png

弹塑性区的应力如下:

image.png

3 分析过程

设置理想弹塑性材料,采用四分之一模型进行2D分析,分3个载荷步分别模拟加载、卸载、工作载荷三个过程。

image.png

4 模拟结果

image.png

                                                                                     加载过程应力分布

image.png

                                                                                 卸载后的残余应力分布image.png

image.png

image.png

                                                                             不同工况下的应力强度分布

image.png

从图可以看出,当厚壁圆筒承载工作载荷时,内壁处的总应力有所下降,外壁处的总应力有所上升,从而提高圆筒初始屈服压力,更好地利用材料。

MechanicalWorkbench非线性通用理论
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2019-04-12
最近编辑:5月前
钟伟良
硕士 | 工程师 莫失勿忘,逐梦远航。
获赞 221粉丝 2169文章 36课程 2
点赞
收藏
未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈