1 概述

水泵作為承壓部件，其設計強度與一般的壓力容器有很多共同點。因此，參照壓力容器的校核準則，要保證水泵在設計壓力作用下不會發生塑形失效。　

應力線性化是針對壓力容器設計的規范驗算提供的一項計算功能。按照容標委的規范設定一個應力分類線，然后對應力分類線上的應力強度分布進行應力分類，也就是按照力平衡原則將應力分解為線性成分和非線性成分，這些數據是進行壓力容器設計校驗做需要的規范數據。在對水泵進行強度校核時，也會應用應力線性化對結構件的關鍵位置進行應力評定。

應力線性化原理內嵌在一些有限元軟件的后處理中，能夠快速實現應力評定。本文以某型號水泵為例，對其抗震分析結果進行應力評定以作說明。

2 分類應力強度的評定

壓力容器規范中，應力從不同角度分類：從范圍分總體應力和局部應力；按沿壁厚的分布情況分為均勻分布（薄膜應力），線性分布（彎曲應力）和非線性分布應力；按性質分為一次應力、二次應力和峰值應力。這些應力往往相互交叉，常用的有一次總體薄膜應力、一次局部薄膜應力、一次彎曲應力、峰值應力等。

應力分析和應力分類的強度評定中通常采用第三強度理論，即最大剪應力理論。評定時，選取穿過壁厚或者經過關鍵位置的評定線，即確定路徑，將評定線上的應力分解為薄膜應力、彎曲應力和峰值應力，求取應力強度，按照不同準則進行評定。

如下表所示，Sm為設計許用應力，Sa為疲勞曲線得到的許用應力強度幅。

表1　分類應力強度的評定

３ 水泵應力強度評定案例

水泵的第一主應力和第三主應力云圖如圖１所示。

圖１　水泵第一主應力和第三主應力云圖

針對水泵，應力評定只涉及總體一次薄膜應力以及局部薄膜應力與一次彎曲應力之和。

以蝸殼內隔板處沿隔板厚度作為評定路徑，如圖2所示。

圖2　水泵隔板處評定路徑

圖3為評定路線上插值各點應力線性化曲線。其橫坐標為評定路徑上的評定點與起點之間的距離，單位為ｍｍ；其縱坐標為路徑上各插值點的應力強度數值，單位為ＭPａ。

圖3　評定路徑上應力曲線

   圖4為評定路線上插值各點應力線性化數值表。

 圖4　評定路徑上插值各點的應力線性化數值

將評定路徑上插值點的分類應力的最大數值提取出來，與限制值進行比較。在該路徑上局部膜應力的數值為10.525MPa，膜加彎應力的最大值為13.368 MPa。顯然，二者都遠小于限制值，因此該路徑上應力評定完全滿足強度要求。用相同的方法在泵體上隔舌位置等其他關鍵區域進行應力評定，判斷該結構是否滿足強度要求。