应力分析

应力分析基础理论讲义 第 1 页 共 18 页

管道应力分析基础理论

管道应力分析主要包括三方面内容：正确建立模型、真实地描述边界条件、正确地分析计算结果。所谓建立模型就是将所分析管系的力学模型按一定形式离散化，简化为程序所要求的数学模型，模型的真实与否是做好应力分析的前提条件。应力分析的根本问题就是边界条件问题，而体现在工程问题上就是约束（支架 ）、管口等具体问题的模拟，真实地描述这些边界条件，才能得到正确的计算结果。要想能够熟练而正确地分析结果，首先会正确设计支吊架，有一定的相关理论知识如工程力学，流体力学，化工设备及机械等，另外需在一定时间内不断摸索，总结出规律性的问题。

第一章 管道应力分析有关内容

·§1.1 管道应力分析的目的

进行管道应力分析的问题很多CAESARII解决的问题主要有： 1、使管道各处的应力水平在规范允许的范围内。

2、使与设备相连的管口载荷符合制造商或公认的标准（如NEMASM23，API610 API617等标准）规定的受力条件。

3、使与管道相连的容器处局部应力保

[摘 要] .................................................................... 1 前言 ........................................................................ 3 第一章 绪论 ................................................................. 4

1.1研究意义 ............................................................. 4 1.2组合梁问题的研究现状 ................................................. 4 1.3研究内容及研究方法 ................................................... 5 ........................................................................ 5 第二章 弯曲理论及实验方法简介

ABAQUS可以求解以下类型的传热问题：

1. 非耦合传热分析：温度场不受应力应变场或电场的影响。应用ABAQUS/Standard可以求解导热问题、强制对流、边界辐射和空腔辐射问题，其分析类型可以是瞬态或稳态的，也可以是线性或非线性的。

2. 顺序耦合热应力分析：应力应变场受温度场的影响，但温度场不受应力应变场的影响。

此类问题用ABAQUS/Standard求解的步骤为：先求解温度场，然后以其作为已知条件，

进行热应力分析，得到应力应变场。分析传热问题和热应力分析可以使用不一样的网格，abaqus会自动进行差值处理（此类问题称为热应力分析）。

3. 完全耦合热应力分析：温度场和应力应变场之间有着强烈的相互作用。

4. 绝热分析：在此类分析中，力学变形会产生热，而且整个过程中时间极短，不发生热扩散。

5. 热电耦合分析：用来求解电流产生的温度场。

7.1热应力分析中的主要问题

设定线胀系数、模型的初始温度场，并可以修改分析步中的温度场。

7.2带孔平板的热应力分析

学习：

在LOAD功能模块中，使用预定义场（predefined field）来定义温度场。

在此模块中可以直接指定温度场或读入分析结果文件中的温度场，可以指定并精确读入某

压力容器应力分析_厚壁圆筒弹塑性应力分析

2.2 厚壁圆筒应力分析

2.2.2 弹塑性应力

2.2.2 弹塑性应力（1）厚壁筒的失效过程

仅受内压时，内壁面为危险截面。当内压力达到某一数值时，内壁面首先出现屈服，进入屈服阶段。

随着内压力增大，屈服层向外扩展，整个圆筒可看成由弹性区和屈服区组成。

当屈服区扩展至外壁面时，整个筒体进入了整体屈服状态。

内压力进一步增大，筒体将进入强化阶段。

压力容器应力分析_厚壁圆筒弹塑性应力分析

2.2.2

弹塑性应力（2）理想弹塑性材料

对于理想弹塑性材料，忽略材料的硬化阶段，同时认为材料的屈服极限为常数。

压力容器应力分析_厚壁圆筒弹塑性应力分析

2.2.2 弹塑性应力（3）塑性失效准则

筒体为理想弹塑性材料，当屈服区扩展至外壁面，使筒体整体屈服，此时承受的内压力为筒体承受的最高极限载荷。（4）屈服条件

当材料从弹性阶段进入理想塑性阶段时，应满足一定的条件，以此来判定材料是否进入屈服阶段，此条件称为“屈服条件”（屈服失效判据）。

常用的屈服条件有：Tresca屈服条件和Mises屈服条件。

压力容器应力分析_厚壁圆筒弹塑性应力分析

2.2厚壁圆筒应力分析2.2.2弹塑性应力

2.2.2弹塑性应力

Tresca屈服条件-当材料中的最大剪应力达到一

厚壁圆筒应力分析

1、概述

K>1.2的壳体成为厚壁圆筒。厚壁容器承压的应力特点有（此处不考虑热应力）：一、不能忽略径向应力，应做三向应力分析；二、厚壁容器的应力在厚度方向不是均匀分布，而是应力梯度。所以，在求解的时候需要联立几何方程、物理方程、平衡方程才能确定厚壁各点的应力大小。 2、解析解

一、内压为pi，外压为p0的厚壁圆筒，需要求出径向应力?r、周向应力??和轴向应力?z，其中轴向应力?z不随半径r变化。 （1）几何方程

如图所示，取内半径r，增量为dr的一段区域两条弧边的径向位移为?和??d?，其应变的表达式为：

(??d?)??d??drdr（1）

（r??)d??rd??周向应力：????rd?r径向应力：?r???对r求导，得：

d??r??d?????1?d???1dr??????????r???? （2） ?2drrr?drr?r?r?（2）物理方程 根据胡克定理表示为:

???1?????(?r??z? （3） E两式相减，消去?z得：

?r-???（1??）??r?????r?1??r??(????z? （4）

第二章 导线应力弧垂分析

·导线的比载 ·导线应力的概念

·悬点等高时导线弧垂、线长和应力关系 ·悬挂点不等高时导线的应力与弧垂 ·水平档距和垂直档距 ·导线的状态方程 ·临界档距

·最大弧垂的计算及判断 ·导线应力、弧垂计算步骤 ·导线的机械特性曲线 ［内容提要及要求］

本章是全书的重点，主要是系统地介绍导线力学计算原理。通过学习要求掌握导线力学、几何基本关系和悬链线方程的建立；掌握临界档距的概念和控制气象条件判别方法；掌握导线状态方程的用途和任意气象条件下导线最低点应力的计算步骤；掌握代表档距的概念和连续档导线力学计算方法；了解导线机械物理特性曲线的制作过程并明确它在线路设计中的应用。 第一节 导线的比载

作用在导线上的机械荷载有自重、冰重和风压，这些荷载可能是不均匀的，但为了便于计算，一般按沿导线均匀分布考虑。在导线计算中，常把导线受到的机械荷载用比载表示。

由于导线具有不同的截面，因此仅用单位长度的重量不宜分析它的受力情况。此外比载同样是矢量，其方向与外力作用方向相同。所以比载是指导线单位长度、单位截面积上的荷载，常用的比载共有七种，计算公式如下： 1．自重比载

导线本身重量所

第一部分 支架形式模拟 ................................................................................................... 2

1.0 普通支架的模拟 ............................................................................................................................ 2 1.1 U－band ...................................................................................................................................... 2 1.2 承重支架 ...................................................................................................................

ANSYS Workbench 作业 题目：预应力模态分析

机械工程学院 姓名：林 静 学号：1308020305 指导教师：赵知辛

Workbench 预应力模态分析

哑铃静止在面时，受重力作用，利用作用在杆中部的拉力替代重力，对哑铃进行预应力模态分析

1.选择分析模块 在Custom system 选择 Pre-Stress Modal，双击出现右下界面

2.双击Engineering Data添加材料，选择铝合金

3.导入事先画好的几何模型

右键单击Geometry ,出现Import Geometry,选择几何模型

4.双击Model，启动Mechanical 程序

单击Geometry 下的哑铃，在Assignment中添加材料

打开后界面如下：

6 .划分网格

光标置于Mesh上，在Relevance Center中选择Medium,双击Mesh，开始划分网格

网格划分结果如下：

7.在Static Structu

第二章 导线应力弧垂分析

第五节 水平档距和垂直档距 字体大小 小 中 大 一、水平档距和水平荷载

在线路设计中，对导线进行力学计算的目的主要有两个：一是确定导线应力大小，以 保证导线受力不超过允许值；二是确定杆塔受到导线及避雷线的作用力，以验算其强度是 否满足要求。杆塔的荷载主要包括导线和避雷线的作用结果，以及还有风速、覆冰和绝缘 子串的作用。就作用方向讲，这些荷载又分为垂直荷载、横向水平荷载和纵向水平荷载三种。

为了搞清每基杆塔会承受多长导线及避雷线上的荷载，则引出了水平档距和垂直档距的概念。 悬挂于杆塔上的一档导线，由于风压作用而引起的水平荷载将由两侧杆塔承担。风压水平荷载是沿线长均布的荷载，在平抛物线近似计算中，我们假定一档导线长等于档距，若设每米长导线上的风压荷载为P，则AB档导线上风压荷载 ,如图2-10所示： 则为承担。

，由AB两杆塔平均承担；AC档导线上的风压荷载为

，由AC两杆塔平均

图2-10 水平档距和垂直档距

如上图所示：此时对A杆塔来说，所要承担的总风压荷载为

（2－47）

令

则

式中P—每米导线上的风压荷载 N/m;

—杆塔的水平档距，m;

—计算杆塔前后两侧档距，m;

Ｐ—导线传递给杆塔的风压荷载，N。

因此我们可知，某杆塔的

第二章 导线应力弧垂分析

第九节 导线应力、弧垂计算步骤 字体大小 小 中 大

总结前述应力、弧垂分析方法，导线的应力、弧垂计算步骤以下面例题作进一步说明： ［例2-5］ 某35KV输电线路，导线为LGJ-95/20型，全国第Ⅱ气象区，安全系数K=2.5， 采用防振锤防振，其中年平均运行应力为σ

pcal

=0.25σ

cal

，在线路中有一耐张段布置如

图2-19所示，试求以下内容：

(1)第二档中交叉跨越通信线的垂直距离能否满足要求？ (2)＃4杆塔的最大、最小垂直档距以及最大上拔力是多少？

图2-19 某耐张段布置图

解：该题中并未告知计算气象条件及应力。通过计算分析可明确本章各节内容的相互联系及应用方法，计算时可按如下步骤：

1.计算临界档距并判别控制区；

2.计算代表档距，确定本耐张段的控制条件； 3.确定计算气象条件并计算各计算气象条件时的应力； 4.进行各具体项目的计算。 (1)计算临界档距并判别控制条件 导线物理特性参数如下：

弹性系数E=7600MPa；截面积S=113.9mm；热膨胀系数α=18.5×101/℃；外径d=13.87mm； 计算拉断力Tcal=37200N。