應力分析結果解讀
2022-04-21 15:01:07
作者：理化檢驗物理分冊 來源：理化檢驗物理分冊
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1 不同強度理論的主應力表達式
不同類型的材料存在不同的強度理論，常用的強度理論有四種。四種強度理論的相當應力最終由三個主應力按一定形式組合而成。針對具體的工程結構應力分析，首先需要根據材料類型選擇合適的強度理論，進而關注所需的主應力組合形式。
工程機械結構材料以碳鋼、合金鋼等塑性材料為主，一般情況下采用第四強度理論進行設計。鑄鐵材料在一些非焊接結構上也有應用，這種情況的強度校核應該采用第一強度理論。
2 應力線性化
根據美國機械工程師協會（American Society of Mechanical Engineers，ASME）編著的《鍋爐和高壓容器規范》第三章第1部分NB段的描寫，應力線性化是分析高壓容器的一個重要部分。這里，我們需要將壓力分為主要應力或次應力。
主要應力用于保持力和力矩平衡的應力，次應力由其他效應引起。通常，次應力是由幾何不連續性或位移控制的載荷引起的局部效應。次應力超過彈性極限時不會導致屈服破壞，因為它們已經重新分布了。
在分析過程中，應力分析沿截面的多條線進行，稱為應力分類線（stress classification lines，SCL）。由于應力分類線不唯一，因此我們必須根據工程判斷來確定關鍵的線路。
盡管不是完全正確（但是保守），線性化應力有時被視為等效于主要應力。如果無需詳細說明，該規范的基本要求是：
·主要膜應力的應力強度（Tresca 等效應力）不應超過屈服應力的 2/3。當僅存在膜應力時，抵抗塑性破壞安全系數為 1.5。
·膜應力與彎曲應力之和的應力強度不應超過屈服應力。如果僅存在彎曲應力，則抗破壞的安全系數也為1.5。這是因為在這種情況下，初始屈服不等于截面的完全屈服破壞。
·允許次要應力達到屈服極限的兩倍。
·有類似的需求，但需要具有更高的安全系數，以防止達到極限應力。
有趣的是，如果膜應力正好達到第一個標準所允許的極限值，仍允許增加一定量的彎曲應力。由上文的討論可知，這是因為彎曲應力減少了部分截面應力。
如上所述，當涉及靜態失效時，具體的應力狀態并不重要，因為破壞狀態下的應力分布完全由力和力矩平衡確定。在下圖中，將破壞作用曲線與規范規定的應力極限進行了比較。
ASME 基本壓力標準。應力由屈服應力標準化。
應當指出，由于高壓容器通常在高溫下運行，因此允許應力的室溫值可能不夠充足。
為了避免在每個載荷循環中積累塑性應變，因低周疲勞而導致快速失效，要求次應力避免重復加載-卸載循環時的循環塑性變形。
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