从主应力方向看应力奇异现象

    在《压力容器分析设计》课程中，本号一直强调，截面渐变会存在应力集中现象，截面突变会导致应力奇异现象。应力奇异是指应力会随着网格细化一直增大，是应力集中的一种极端情况。相信本课程学员对这个知识点应该是耳熟能详了。

    在《压力容器分析设计》课程中，筒体接管模型多次被用于分析主题的案例讲解。本文作为《压力容器分析设计》课程的衍生之作，借助筒体接管模型，深度讨论应力奇异现象。可以说，这样的深度，在业内不常见。

    按照压力容器行业的惯例，使用六面体单元。

    六面体网格看起来美观，计算效率高，确实是首选的网格类型。但六面体网格有个缺点，即网格密度(网格大小)控制非常不灵活。所以本文以六面体网格的计算结果为标准，采用四面体网格用于研究应力与网格密度的关系。

    焊接区，网格尺寸20mm。

    焊接区，网格尺寸10mm。

    焊接区，网格尺寸5mm。

    内压，平衡压力，对称条件。

    六面体网格，等效应力。

    四面体网格，网格尺寸20mm，等效应力。

    四面体网格，网格尺寸10mm，等效应力。

    四面体网格，网格尺寸5mm，等效应力。

    六面体网格，应力强度。

    四面体网格，网格尺寸20mm，应力强度。

    四面体网格，网格尺寸10mm，应力强度。

    四面体网格，网格尺寸5mm，应力强度。

    从等效应力或应力强度来看，应力没有随着网格细化而明显增大。应力奇异现象并不明显。那这是为什么？！

    主应力方向。红色箭头为最大主应力(第一主应力)，蓝色箭头为最小主应力(第三主应力)，绿色箭头为第二主应力。

    平行于截面突变的主应力不存在应力集中现象。垂直于截面突变的主应力的集中现象最显著。查看角焊缝的焊趾的第二主应力，可以发现明显的应力集中现象。