abaqus應(yīng)力線性化的案例
Abaqus應(yīng)力線性化-ASME Sec VIII Div 2_壓力容器分析設(shè)計(jì)
Abaqus應(yīng)力線性化操作-2
3.點(diǎn)擊OK，會(huì)跳出應(yīng)力線性化的結(jié)果曲線，如下圖，紅色虛線即應(yīng)力路線上的原始應(yīng)力分布情況，綠色的是根據(jù)靜力等效原理分解出的一次薄膜應(yīng)力（局部），藍(lán)色的是分解出的一次薄膜應(yīng)力+一次彎曲應(yīng)力。
應(yīng)力線性化結(jié)果曲線（這里僅展示了S22）
4.找到'AA'應(yīng)力分類線對應(yīng)的應(yīng)力線性化報(bào)告linearStress.rpt，打開后即可讀取應(yīng)力分類結(jié)果及其組合情況，再按照ASME Sec VIII Div 2中的許用值規(guī)范進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核即可。
為了最大限度的保證安全，壓力容器的應(yīng)力強(qiáng)度校核多采用第三強(qiáng)度理論-即最大剪應(yīng)力理論，下圖各符號對應(yīng)ANSYS中的S1/S2/S3/SINT/SEQU，即第一主應(yīng)力，第二主應(yīng)力、第三主應(yīng)力，應(yīng)力強(qiáng)度、等效應(yīng)力（米塞斯應(yīng)力）。
Abaqus應(yīng)力符號
需要注意的是，采用ANSYS、Abaqus等軟件進(jìn)行應(yīng)力線性化時(shí)，軟件本身并不能夠幫你判斷哪個(gè)部位的應(yīng)力應(yīng)該歸為總體應(yīng)力或局部應(yīng)力，需要分析人員根據(jù)規(guī)范，選擇壓力容器上有代表性的區(qū)域制定應(yīng)力分類線（SCL），這里不再展開，詳細(xì)內(nèi)容可查閱ASME規(guī)范。
最后，將分類后算得的應(yīng)力強(qiáng)度與規(guī)范中的許用值進(jìn)行比較，判斷壓力容器的安全性。
展開 奇怪：線性化后的薄膜+彎曲應(yīng)力值竟然大于最大總應(yīng)力值？
《ANSYS分析設(shè)計(jì)人》公眾號已匯聚了行業(yè)內(nèi)4000余名優(yōu)秀的同行，感謝各位同行一路以來對本公眾號的關(guān)注和支持，使得本公眾號成為壓力容器應(yīng)力分析界最受關(guān)注和最專業(yè)的公眾號，得到這么多優(yōu)秀同行的認(rèn)可也是本公眾號可以一路堅(jiān)持下來的最大動(dòng)力！
問：采用有限元計(jì)算一個(gè)模型，計(jì)算出來的最大總應(yīng)力值是250Mpa，而通過此最大應(yīng)力點(diǎn)定義路徑提取出線性化后的計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)薄膜+彎曲應(yīng)力的值=260Mpa＞最大總應(yīng)力值250Mpa。理論上是不可能的啊，軟件計(jì)算是不是有問題啊，是不是計(jì)算有誤？
答：理論上來說，薄膜+彎曲應(yīng)力值確實(shí)是不應(yīng)該＞總應(yīng)力值的；在力學(xué)模型、邊界條件和載荷條件均施加正確的前提下，軟件計(jì)算出現(xiàn)這種情況是正常的，那么為什么線性化后的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)這種奇怪的現(xiàn)象呢？問題又出在哪里呢？
相信很多經(jīng)驗(yàn)豐富和細(xì)心的朋友已經(jīng)知道存在的這種情況以及產(chǎn)生的原因了，而必然也有很多朋友對這個(gè)問題可能從未發(fā)現(xiàn)和考慮過，這便是本文要重點(diǎn)探討的問題。
有限元軟件中等效線性化的原理
剖析這個(gè)問題的原因首先還得從等效線性化的基本原理說起，目前所有有限元軟件中采用的等效線性化方法均是六應(yīng)力分量法，即將6個(gè)應(yīng)力分量（3個(gè)正應(yīng)力和3個(gè)剪應(yīng)力）全部進(jìn)行線性化處理，然后再進(jìn)行薄膜、彎曲、峰值及總應(yīng)力的計(jì)算。關(guān)于線性化的基本原理，本公眾號已經(jīng)有多篇文章進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，如有感興趣的請參考如下鏈接文章：
1. 看似簡單的線性化路徑定義，你的選擇對嗎？應(yīng)力分類線的選擇：在于精而不在于多！
2. 重要的問題說三遍！線性化！線性化！
展開 關(guān)于應(yīng)力線性化的介紹
應(yīng)力線性化就是壓力容器設(shè)計(jì)的專業(yè)術(shù)語， 專門針對于壓力容器，主要是為了了解在機(jī)械結(jié)構(gòu)（多數(shù)為壓力容器）中，結(jié)構(gòu)（或者容器壁）受到的沿某個(gè)方向的應(yīng)力。
其來源于板殼理論。板殼理論中，薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力都是平行于中面的正應(yīng)力，分別沿厚度方向均勻分布和線性分布。而橫剪應(yīng)力沿厚度方向呈拋物線分布；它既不是薄膜應(yīng)力，也不是彎曲應(yīng)力。所謂的應(yīng)力線性化等效原理即把應(yīng)力分解成三部分，一是與合力等效的沿厚度方向均勻分布的薄膜應(yīng)力；二是，與合力矩等效的沿厚度方向線性分布的彎曲應(yīng)力；第三部分是合力和合力矩都為零沿厚度方向非線性分布的峰值應(yīng)力。
從應(yīng)用層面講，應(yīng)力線性化是針對壓力容器設(shè)計(jì)的規(guī)范驗(yàn)算提供的一項(xiàng)計(jì)算功能，是按照容標(biāo)委的規(guī)范設(shè)定一個(gè)應(yīng)力分類線，然后對應(yīng)力分類線上的應(yīng)力強(qiáng)度分布進(jìn)行應(yīng)力分類，也就是按照力平衡原則將應(yīng)力分解為線性成分和非線性成分，線性成分叫做局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度，非線性成分叫做一次+二次應(yīng)力強(qiáng)度，這些數(shù)據(jù)是進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)校驗(yàn)做需要的規(guī)范數(shù)據(jù)。
a. 膜應(yīng)力(membrane stress)：沿著路徑指定方向的法向所受應(yīng)力的值的總和
b. 彎應(yīng)力(bending stress)：沿著路徑指定方向結(jié)構(gòu)（或容器壁）內(nèi)外應(yīng)力差
c. 二次應(yīng)力：由于為了滿足位移連續(xù)性而產(chǎn)生的自生應(yīng)力，一般此項(xiàng)可得到最大值。
d. 峰值應(yīng)力(Peak)：沿著路徑方向最大的應(yīng)力值；
應(yīng)力分類線的兩個(gè)端點(diǎn)，其選擇是有一定原則的，通常需要位于應(yīng)力強(qiáng)度最大部位壁厚方向的兩個(gè)端部（一個(gè)內(nèi)壁點(diǎn)，一個(gè)外壁點(diǎn)），通常確定大概位置后，進(jìn)行適當(dāng)微調(diào)，直到分類線使得分類應(yīng)力達(dá)到最大為止。
展開 Ansys Workbench應(yīng)力線性化過程
首先，要進(jìn)行應(yīng)力線性化，必須定義適當(dāng)?shù)穆窂剑趍odel標(biāo)簽上右鍵插入Construction Geometry，如下圖：
2. 選擇后，Outline中出現(xiàn)Construction Geometry選項(xiàng)，在選項(xiàng)上右鍵插入path，如下圖：
3.
插入路徑后，顯示如下圖所示路徑的Detail選項(xiàng)卡，黃色區(qū)域是對路徑的定義區(qū)域【默認(rèn)的，face模式，則取點(diǎn)為面中心，
edge模式，取點(diǎn)為其中點(diǎn)，vertex模式，取點(diǎn)為模型上存在的點(diǎn)，坐標(biāo)模式，取點(diǎn)為鼠標(biāo)點(diǎn)擊的模型表面任一點(diǎn)，選中的點(diǎn)都可以Detail項(xiàng)中的x，y，z坐標(biāo)值進(jìn)行調(diào)整】
4. 定義好的路徑如下圖所示
5. 定義好路徑后，在標(biāo)簽【Solution】上右鍵插入應(yīng)力線性化選項(xiàng)，或者點(diǎn)中【Solution】后，在快捷欄選擇一種應(yīng)力線性化，效果是一樣的，如下圖所示
6. 插入應(yīng)力線性化選項(xiàng)后，出現(xiàn)如下圖所示的Detail選項(xiàng)卡，黃色為預(yù)選的路徑
定義好的路徑會(huì)在這里顯示，選擇一個(gè)作為當(dāng)前線性化路徑
7. 線性化的結(jié)果示例。
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設(shè)計(jì)仿真 | Marc 壓力容器應(yīng)力線性化的應(yīng)用方法
01/概述
在Marc 2022.4中：
Stress Linearization（應(yīng)力線性化）新插件添加到標(biāo)準(zhǔn)用戶插件集合中。這個(gè)新插件是用戶插件菜單的子菜單結(jié)果的一部分，位置如下圖所示：
圖1 應(yīng)力線性化插件位置
應(yīng)力線性化是壓力容器分析中常用的一種技術(shù)。它通過等效薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力近似于貫穿厚度的應(yīng)力場（沿著應(yīng)力分類線（SCL）），另外，當(dāng)應(yīng)力作用在厚度方向的橫截面上（稱為應(yīng)力分類面（SCP））。仿真應(yīng)力數(shù)據(jù)根據(jù)美國機(jī)械工程學(xué)會(huì)（ASME）的指南進(jìn)行應(yīng)力評估。
為了使用應(yīng)力線性化插件，必須在結(jié)果文件中提供應(yīng)力張量。用戶必須定義SCL的兩個(gè)端點(diǎn)，對于三維模型，還必須定義一個(gè)點(diǎn)來定義SCP，以及SCL上的采樣點(diǎn)數(shù)量。基于該輸入，在由SCL和SCP定義的局部坐標(biāo)系中的采樣點(diǎn)中計(jì)算應(yīng)力分量。通過路徑曲線，應(yīng)力分量被傳遞到Python腳本中，以計(jì)算等效的膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力分量，并生成數(shù)據(jù)及報(bào)告。
應(yīng)力線性化插件使用如下圖2所示的模型進(jìn)行說明。該模型采用線性六面體單元，對容器截面的四分之一進(jìn)行建模，材料為線性彈性，邊界條件包括對稱條件和壓力載荷，分析是小應(yīng)變分析。
展開 Marc壓力容器應(yīng)力線性化的應(yīng)用方法
概述
在Marc 2022.4中：
Stress Linearization（應(yīng)力線性化）新插件添加到標(biāo)準(zhǔn)用戶插件集合中。這個(gè)新插件是用戶插件菜單的子菜單結(jié)果的一部分，位置如下圖所示：
圖1 應(yīng)力線性化插件位置
應(yīng)力線性化是壓力容器分析中常用的一種技術(shù)。它通過等效薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力近似于貫穿厚度的應(yīng)力場（沿著應(yīng)力分類線（SCL）），另外，當(dāng)應(yīng)力作用在厚度方向的橫截面上（稱為應(yīng)力分類面（SCP））。仿真應(yīng)力數(shù)據(jù)根據(jù)美國機(jī)械工程學(xué)會(huì)（ASME）的指南進(jìn)行應(yīng)力評估。
為了使用應(yīng)力線性化插件，必須在結(jié)果文件中提供應(yīng)力張量。用戶必須定義SCL的兩個(gè)端點(diǎn)，對于三維模型，還必須定義一個(gè)點(diǎn)來定義SCP，以及SCL上的采樣點(diǎn)數(shù)量。基于該輸入，在由SCL和SCP定義的局部坐標(biāo)系中的采樣點(diǎn)中計(jì)算應(yīng)力分量。通過路徑曲線，應(yīng)力分量被傳遞到Python腳本中，以計(jì)算等效的膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力分量，并生成數(shù)據(jù)及報(bào)告。
應(yīng)力線性化插件使用如下圖2所示的模型進(jìn)行說明。該模型采用線性六面體單元，對容器截面的四分之一進(jìn)行建模，材料為線性彈性，邊界條件包括對稱條件和壓力載荷，分析是小應(yīng)變分析。
圖2 壓力容器1/4模型
應(yīng)力線性化操作方法
運(yùn)行分析后，打開結(jié)果文件，選擇應(yīng)力線性化插件。如圖3所示，相應(yīng)的菜單由三個(gè)部分組成：
a) 應(yīng)力分類線。這里必須定義SCL的端點(diǎn)（端點(diǎn)A和端點(diǎn)B）的坐標(biāo)。這可以通過鍵入坐標(biāo)或單擊圖形區(qū)域上的節(jié)點(diǎn)、點(diǎn)或?qū)嶓w頂點(diǎn)來完成。
b) 應(yīng)力分類平面。
展開 應(yīng)力線性化在水泵結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用
應(yīng)力線性化是針對壓力容器設(shè)計(jì)的規(guī)范驗(yàn)算提供的一項(xiàng)計(jì)算功能。按照容標(biāo)委的規(guī)范設(shè)定一個(gè)應(yīng)力分類線，然后對應(yīng)力分類線上的應(yīng)力強(qiáng)度分布進(jìn)行應(yīng)力分類，也就是按照力平衡原則將應(yīng)力分解為線性成分和非線性成分，這些數(shù)據(jù)是進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)校驗(yàn)做需要的規(guī)范數(shù)據(jù)。在對水泵進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)，也會(huì)應(yīng)用應(yīng)力線性化對結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵位置進(jìn)行應(yīng)力評定。
應(yīng)力線性化原理內(nèi)嵌在一些有限元軟件的后處理中，能夠快速實(shí)現(xiàn)應(yīng)力評定。本文以某型號水泵為例，對其抗震分析結(jié)果進(jìn)行應(yīng)力評定以作說明。
2 分類應(yīng)力強(qiáng)度的評定
壓力容器規(guī)范中，應(yīng)力從不同角度分類：從范圍分總體應(yīng)力和局部應(yīng)力；按沿壁厚的分布情況分為均勻分布（薄膜應(yīng)力），線性分布（彎曲應(yīng)力）和非線性分布應(yīng)力；按性質(zhì)分為一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力。這些應(yīng)力往往相互交叉，常用的有一次總體薄膜應(yīng)力、一次局部薄膜應(yīng)力、一次彎曲應(yīng)力、峰值應(yīng)力等。
應(yīng)力分析和應(yīng)力分類的強(qiáng)度評定中通常采用第三強(qiáng)度理論，即最大剪應(yīng)力理論。評定時(shí)，選取穿過壁厚或者經(jīng)過關(guān)鍵位置的評定線，即確定路徑，將評定線上的應(yīng)力分解為薄膜應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和峰值應(yīng)力，求取應(yīng)力強(qiáng)度，按照不同準(zhǔn)則進(jìn)行評定。
如下表所示，Sm為設(shè)計(jì)許用應(yīng)力，Sa為疲勞曲線得到的許用應(yīng)力強(qiáng)度幅。
表1 分類應(yīng)力強(qiáng)度的評定
３ 水泵應(yīng)力強(qiáng)度評定案例
水泵的第一主應(yīng)力和第三主應(yīng)力云圖如圖１所示。
圖１ 水泵第一主應(yīng)力和第三主應(yīng)力云圖
針對水泵，應(yīng)力評定只涉及總體一次薄膜應(yīng)力以及局部薄膜應(yīng)力與一次彎曲應(yīng)力之和。
以蝸殼內(nèi)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(diǎn)應(yīng)力線性化曲線。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | Marc 壓力容器應(yīng)力線性化的應(yīng)用方法
01/概述
在Marc 2022.4中：
Stress Linearization（應(yīng)力線性化）新插件添加到標(biāo)準(zhǔn)用戶插件集合中。這個(gè)新插件是用戶插件菜單的子菜單結(jié)果的一部分，位置如下圖所示：
圖1 應(yīng)力線性化插件位置
應(yīng)力線性化是壓力容器分析中常用的一種技術(shù)。它通過等效薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力近似于貫穿厚度的應(yīng)力場（沿著應(yīng)力分類線（SCL）），另外，當(dāng)應(yīng)力作用在厚度方向的橫截面上（稱為應(yīng)力分類面（SCP））。仿真應(yīng)力數(shù)據(jù)根據(jù)美國機(jī)械工程學(xué)會(huì)（ASME）的指南進(jìn)行應(yīng)力評估。
為了使用應(yīng)力線性化插件，必須在結(jié)果文件中提供應(yīng)力張量。用戶必須定義SCL的兩個(gè)端點(diǎn)，對于三維模型，還必須定義一個(gè)點(diǎn)來定義SCP，以及SCL上的采樣點(diǎn)數(shù)量。基于該輸入，在由SCL和SCP定義的局部坐標(biāo)系中的采樣點(diǎn)中計(jì)算應(yīng)力分量。通過路徑曲線，應(yīng)力分量被傳遞到Python腳本中，以計(jì)算等效的膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力分量，并生成數(shù)據(jù)及報(bào)告。
應(yīng)力線性化插件使用如下圖2所示的模型進(jìn)行說明。該模型采用線性六面體單元，對容器截面的四分之一進(jìn)行建模，材料為線性彈性，邊界條件包括對稱條件和壓力載荷，分析是小應(yīng)變分析。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | MSC Apex壓力容器應(yīng)力線性化的應(yīng)用方法
應(yīng)力線性化是針對壓力容器設(shè)計(jì)常用的一種技術(shù)。在工程領(lǐng)域，應(yīng)力線性化在分析復(fù)雜載荷條件下構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性方面起著至關(guān)重要的作用。準(zhǔn)確的應(yīng)力線性化對于評估是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(ASME)制定的標(biāo)準(zhǔn))至關(guān)重要。為了簡化應(yīng)力線性化的過程，MSC Apex通過自動(dòng)化的轉(zhuǎn)換，輸出符合ASME標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)力線性化結(jié)果。
在MSC Apex 2023.3版本中，將Stress Linearization（應(yīng)力線性化）插件添加到標(biāo)準(zhǔn)用戶自定義面板中，位置如下圖所示：
應(yīng)力線性化插件位置
MSC Apex的應(yīng)力線性化插件，基于MSC Nastran H5數(shù)據(jù)結(jié)果，結(jié)果文件中必須包含應(yīng)力張量。在使用過程中，用戶需要定義一個(gè)應(yīng)力分類線（SCL），可輸入兩個(gè)端點(diǎn)，或者直接拾取某個(gè)曲線，再定義采樣點(diǎn)的數(shù)量。另外還需要定義一個(gè)應(yīng)力分類面（SCP）。基于以上輸入，在由SCL和SCP定義的局部坐標(biāo)系中的采樣點(diǎn)中計(jì)算應(yīng)力分量。通過路徑曲線，應(yīng)力分量被傳遞到Python腳本中，以計(jì)算等效的膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力分量，并生成數(shù)據(jù)及報(bào)告。
應(yīng)力線性化操作方法
下圖中所示的模型為1/4的壓力容器，使用線性六面體單元建模，通過施加對稱邊界條件模擬完整的壓力容器。我們以該模型為例，對MSC Apex中應(yīng)力線性化的工具進(jìn)行操作演示。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | MSC Apex壓力容器應(yīng)力線性化的應(yīng)用方法
應(yīng)力線性化是針對壓力容器設(shè)計(jì)常用的一種技術(shù)。在工程領(lǐng)域，應(yīng)力線性化在分析復(fù)雜載荷條件下構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性方面起著至關(guān)重要的作用。準(zhǔn)確的應(yīng)力線性化對于評估是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(ASME)制定的標(biāo)準(zhǔn))至關(guān)重要。為了簡化應(yīng)力線性化的過程，MSC Apex通過自動(dòng)化的轉(zhuǎn)換，輸出符合ASME標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)力線性化結(jié)果。
在MSC Apex 2023.3版本中，將Stress Linearization（應(yīng)力線性化）插件添加到標(biāo)準(zhǔn)用戶自定義面板中，位置如下圖所示：
應(yīng)力線性化插件位置
MSC Apex的應(yīng)力線性化插件，基于MSC Nastran H5數(shù)據(jù)結(jié)果，結(jié)果文件中必須包含應(yīng)力張量。在使用過程中，用戶需要定義一個(gè)應(yīng)力分類線（SCL），可輸入兩個(gè)端點(diǎn)，或者直接拾取某個(gè)曲線，再定義采樣點(diǎn)的數(shù)量。另外還需要定義一個(gè)應(yīng)力分類面（SCP）。基于以上輸入，在由SCL和SCP定義的局部坐標(biāo)系中的采樣點(diǎn)中計(jì)算應(yīng)力分量。通過路徑曲線，應(yīng)力分量被傳遞到Python腳本中，以計(jì)算等效的膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力分量，并生成數(shù)據(jù)及報(bào)告。
應(yīng)力線性化操作方法
下圖中所示的模型為1/4的壓力容器，使用線性六面體單元建模，通過施加對稱邊界條件模擬完整的壓力容器。我們以該模型為例，對MSC Apex中應(yīng)力線性化的工具進(jìn)行操作演示。
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