一次应力和二次应力的最直观区别能在弹塑性仿真分析中体现。这就是仿真分析的强大能力!
本文分别使用简化的双线性弹塑性材料模型,真实弹塑性材料模型,进行一个典型容器的弹塑性仿真分析。
这篇文章中,读者能非常直观的看到一次应力和二次应力区别,能非常直接的感受到为什么要严格控制一次应力,适当放宽二次应力!
封头接管区域属于不连续区,应力分类后的弯曲应力属于二次应力,薄膜应力属于局部薄膜应力。
定义双线性弹塑性材料模型:
不断增加内压,使结构材料分别进入全局弹性阶段,薄膜应力弹性阶段,薄膜应力塑性阶段。
查看最大位移、最小位移与内压的关系:
查看平均塑性应变、最小塑性应变与内压的关系:
定义材料的真实应力应变曲线:
查看最大位移、最小位移与内压的关系:
查看最大位移、最小位移与薄膜应力的关系:
查看最大位移、最小位移与弯曲应力的关系:
查看平均塑性应变、最小塑性应变与内压的关系:
查看平均塑性应变、最小塑性应变与薄膜应力的关系:
查看平均塑性应变、最小塑性应变与弯曲应力的关系:
查看薄膜应力、弯曲应力与内压的关系:
双线性弹塑性材料模型和真实弹塑性材料模型的规律是一样的。所以我们就真实弹塑性材料模型的分析结果来全面总结:
1)塑性变形(应变)与内压是非线性关系;
2)当薄膜应力为158MPa附近,塑性应变开始进入突变阶段,后续进入一段波动阶段,然后以更高的斜率稳定上升,细加研究就会分析,这个波动阶段发生于材料表面开始发生屈服。再选定弯曲应力进入屈服对应的内压,如果此时进行纯弹性分析,得到的薄膜应力基本就是1.5倍许用应力。这就验证了局部薄膜应力用1.5倍许用应力评定。
3)至此,通过弹塑性分析,就可以很直观的看到,弹性分析下,局部薄膜应力为什么会归类为一次应力,以及为什么采用1.5倍许用应力评定。
4)在以上的图表中,同样思路可以解释弯曲应力为什么会作为二次应力,以及为什么采用3倍的许用应力来评定。后期有机会本号会深入探讨。
总之一句话,应力分类属于弹性分析,但如果要理解其中的机理和奥秘,必须通过弹塑性分析才能感受到。
对于弹性分析,薄膜应力、弯曲应力与内压成线性正比关系。很显然!
在理想弹塑性分析中,等效应力最大为200MPa,但应力强度为230MPa。这是因为有限元软件普遍使用等效应力作为强度屈服准则。