CN110263358A - 一种防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则分析系统 - Google Patents

一种防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则分析系统 Download PDF

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段成红
池翰林
陆明万
罗翔鹏
黄金豪
汪尊武
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Abstract

本发明公开了一种防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则分析系统，基于防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则和ANSYS弹塑性有限元分析的计算结果，旨在提供一种自动完成压力容器部件的分析设计合格性评定工作、并输出评定结果的系统。该系统是运用ANSYA软件中的APDL语言进行开发，安装成功后会在ANSYS经典界面出现limit_load_window工具栏。用防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则进行评定时，加载求解采用载荷‑抗力系数法，用户可以通过该软件对压力容器部件进行具体弹塑性评定分析。保证了载荷‑抗力系数法的方便性以及准确性，增加了二元准则对不同结构弹塑性分析的通用性。

Description

一种防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则分析系统
技术领域
本发明涉及一种压力容器部件分析设计中防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则方法及相应的分析系统，特别涉及用于载荷-抗力系数法的弹塑性评定分析。
背景技术
压力容器设计是发展较快的工程领域，它紧跟着科学技术的发展而不断地更新设计方法。随着弹性理论、板壳理论和线性有限元分析方法的成熟，20世纪 60年代，压力容器界提出了基于弹性应力分析和塑性失效准则的“弹性应力分析设计方法”。进入21世纪后，由于塑性理论和非线性有限元分析方法的日趋成熟，欧盟标准和ASME规范又先后推出了压力容器的塑性分析设计方法。随着压力容器分析设计的发展，对压力容器与部件的分析设计方法已经进入弹塑性分析阶段，成为压力容器等承压设备重要的分析设计方法。
ANSYS软件不断吸取新的计算方法和计算技术，简化了模型的生成和结果的评价。特别是其强大的后处理功能，大大地简化了设计人员在有限元分析完成后的数据处理和结果分析，减少了分析设计时间，缩短了设计周期。ANSYS软件与任何一个有限元软件一样，其分析计算过程包括建立模型、施加载荷、求解计算、数据后处理。
基于防止塑性垮塌和过度塑性变形二元准则方法对压力容器进行弹塑性分析，目前ANSYS软件还不能实现输入参数直接输出评定结果的功能。因此，发明一种软件分析系统，采用载荷-抗力系数法的计算步骤，就能方便得到相应的评定结果。
发明内容
本发明要解决的软件分析问题是，克服现有技术的不足，基于现有ANSYS 软件的分析，提供一种可以用来对压力容器进行弹塑性分析且方便输出评定结果的软件。
为解决上述方法问题，本发明的解决方案是：
一种防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则分析系统，该分析系统包括参数输入模块、加载模块、求解模块、后处理模块和结果输出模块。参数输入模块、加载模块、求解模块、后处理模块和结果输出模块顺次连接。
参数输入模块，输入“二元准则”运行时所需要的参数，包括载荷子步、方法类型、材料屈服极限等。
加载模块，确定加载方式和加载类型，例如线加载、面加载、等效面力、加速度载荷、集中力等。
求解模块，当取零曲率载荷时，为了使计算更精确，将载荷加载过程分两个阶段，分别是0～1.5Pc和1.5～2.4Pc，其中Pc指的是设计压力，前一个阶段的求解方法采用弧长法；当取应变极限载荷时，加载过程是0～2.4Pc一个阶段。
后处理模块，找出所有危险节点，将所有子步的数据读入，绘制载荷-位移曲线，寻找准极限载荷点。
结果输出模块，输出评定结论和结果简图。
优选地，本发明基于防止塑性垮塌和过度塑性变形二元准则的评定方法，运用ANSYS中APDL语言进行开发。防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则给出了许用设计载荷Pa的极限值：Pa≤min(Pp/1.5,PC/2.4)。
其中，Pc和Pp分别为应变强化材料的垮塌载荷和准极限载荷。公式右端的 Pc/2.4项是防止塑性垮塌的强度准则，Pp/1.5项是防止过度塑性变形的变形准则。
用户可以自由选择零曲率载荷Pz或应变极限载荷Ps来作准极限载荷Pp。前者准确但计算量较大，后者容易计算。
优选地，所述加载求解时采用载荷-抗力系数法。将用户确定的设计载荷记为P。
(1)采用弹塑性应力-应变曲线进行弹塑性有限元分析。
(2)逐步加载到2.4P，若计算发散，则输出“强度准则不通过”。
(3)确定准极限载荷PZ或PS，若1.5P＞PZ或1.5P＞PS，则输出“变形准则不通过”。
(4)若强度准则和变形准则都能通过，则最终输出“设计合格”，并同时输出结果简图供用户直接判断评定结果的合理性和估计设计载荷的安全阈度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明根据ANSYS弹塑性有限元分析的计算结果自动完成压力容器部件的分析设计合格性评定工作，并输出评定结果，提供了一种适用性强的压力容器弹塑性分析软件；
2、只需输入简单参数就可以实现压力容器部件的分析评定工作，操作方便简单；
3、程序完成求解后，会自动读取数据，并通过二元准则进行评定，直接输出评定结论和结果简图，能够直观的了解分析评定结果。
附图说明
图1为本发明实施的流程图；
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明在ANSYA软件上安装成功后，在ANSYS界面会出现 limit_load_window的工具栏。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
(1)通过ANSYS软件建立有限元计算模型、划分网格、施加约束；
(2)上一步完成后，点击limit_load_window工具栏，弹出参数输入界面；
输入“二元准则”运行时所需要的参数及含义如下：
(3)参数输入完成后，点击OK，弹出加载方式选择界面对话框，确定加载方式，输入1为施加面载荷，例如实体模型施加内压；输入2为施加线载荷，例如轴对称平面模型施加内压；接着开始选择内压加载区域，选择完成后点击 OK；
(4)接着弹出接管数输入界面对话框，确定需要加载接管等效面力的接管数，点击OK；弹出接管面选择窗口，选择接管面，弹出等效面力系数对话框，输入所选接管面的接管力系数；若有多个接管则重复以上操作；
(5)接管面选择完成后，弹出加速度加载界面，在ac_load栏确认是否需要施加加速度(1为施加，0为不施加)，若施加加速度，则依次在下面对话框输入 X、Y、Z三个方向的加速度，完成后点击OK；
(6)接着弹出集中力数量输入界面，确定需要施加集中力的个数，点击OK 后，弹出节点选择窗口，选择需要施加集中力的节点，选择完成后弹出集中力大小窗口，依次输入X、Y、Z三个方向的集中力大小，点击OK完成，若有多个集中力则重复执行以上操作；
(7)加载面都选择完毕后，程序完成求解，自动读取数据，用二元准则进行评定，输出评定结论和结果简图。

Claims (4)

1.一种防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则分析系统，其特征在于：该分析系统包括参数输入模块、加载模块、求解模块、后处理模块和结果输出模块；参数输入模块、加载模块、求解模块、后处理模块和结果输出模块顺次连接；
参数输入模块，输入“二元准则”运行时所需要的参数，包括载荷子步、方法类型、材料屈服极限；
加载模块，确定加载方式和加载类型，线加载、面加载、等效面力、加速度载荷、集中力；
求解模块，当取零曲率载荷时，为了使计算更精确，将载荷加载过程分两个阶段，分别是0～1.5Pc和1.5～2.4Pc，其中Pc指的是设计压力，前一个阶段的求解方法采用弧长法；当取应变极限载荷时，加载过程是0～2.4Pc一个阶段；
后处理模块，找出所有危险节点，将所有子步的数据读入，绘制载荷-位移曲线，寻找准极限载荷点；
结果输出模块，输出评定结论和结果简图。
2.根据权利要求1所述的一种防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则分析系统，其特征在于：运用ANSYS中APDL语言进行开发；防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则给出了许用设计载荷Pa的极限值：Pa≤min(Pp/1.5,PC/2.4)；
其中，PC和Pp分别为应变强化材料的垮塌载荷和准极限载荷；公式右端的Pc/2.4项是防止塑性垮塌的强度准则，Pp/1.5项是防止过度塑性变形的变形准则；
用户能够选择零曲率载荷Pz或应变极限载荷Ps来作准极限载荷Pp；前者准确但计算量较大，后者容易计算。
3.根据权利要求1所述的一种防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则分析系统，其特征在于：
加载求解时采用载荷-抗力系数法；将用户确定的设计载荷记为P；
(1)采用弹塑性应力-应变曲线进行弹塑性有限元分析；
(2)逐步加载到2.4P，若计算发散，则输出“强度准则不通过”；
(3)确定准极限载荷PZ或PS，若1.5P＞PZ或1.5P＞PS，则输出“变形准则不通过”；
(4)若强度准则和变形准则都能通过，则最终输出“设计合格”，并同时输出结果简图供用户直接判断评定结果的合理性和估计设计载荷的安全阈度。
4.根据权利要求1所述的一种防止塑性垮塌和过度塑性变形的二元准则分析系统，其特征在于：
在ANSYA软件上安装成功后，在ANSYS界面会出现limit_load_window的工具栏；
(1)通过ANSYS软件建立有限元计算模型、划分网格、施加约束；
(2)上一步完成后，点击limit_load_window工具栏，弹出参数输入界面；
输入“二元准则”运行时所需要的参数及含义如下：
(3)参数输入完成后，点击OK，弹出加载方式选择界面对话框，确定加载方式，输入1为施加面载荷，实体模型施加内压；输入2为施加线载荷，轴对称平面模型施加内压；接着开始选择内压加载区域，选择完成后点击OK；
(4)接着弹出接管数输入界面对话框，确定需要加载接管等效面力的接管数，点击OK；弹出接管面选择窗口，选择接管面，弹出等效面力系数对话框，输入所选接管面的接管力系数；若有多个接管则重复以上操作；
(5)接管面选择完成后，弹出加速度加载界面，在ac_load栏确认是否需要施加加速度，1为施加，0为不施加，；若施加加速度，则依次在下面对话框输入X、Y、Z三个方向的加速度，完成后点击OK；
(6)接着弹出集中力数量输入界面，确定需要施加集中力的个数，点击OK后，弹出节点选择窗口，选择需要施加集中力的节点，选择完成后弹出集中力大小窗口，依次输入X、Y、Z三个方向的集中力大小，点击OK完成，若有多个集中力则重复执行以上操作；
(7)加载面都选择完毕后，程序完成求解，自动读取数据，用二元准则进行评定，输出评定结论和结果简图。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104755188A (zh) * 2012-11-12 2015-07-01 日本斯频德制造株式会社 塑性加工方法及用于该塑性加工方法的旋压装置
CN108182318A (zh) * 2017-12-27 2018-06-19 华中科技大学 一种基于ug nx系统的塑件几何可模塑性分析的方法

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Title
李兴旭: "基于载荷—抗力系数防止压力容器塑性垮塌的二元准则", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

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