設(shè)計仿真 | MSC Apex壓力容器應力線性化的應用方法

應力線性化是針對壓力容器設(shè)計常用的一種技術(shù)。在工程領(lǐng)域，應力線性化在分析復雜載荷條件下構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性方面起著至關(guān)重要的作用。準確的應力線性化對于評估是否符合行業(yè)標準(如美國機械工程師協(xié)會(ASME)制定的標準)至關(guān)重要。為了簡化應力線性化的過程，MSC Apex通過自動化的轉(zhuǎn)換，輸出符合ASME標準的應力線性化結(jié)果。

在MSC Apex 2023.3版本中，將Stress Linearization（應力線性化）插件添加到標準用戶自定義面板中，位置如下圖所示：

應力線性化插件位置

MSC Apex的應力線性化插件，基于MSC Nastran H5數(shù)據(jù)結(jié)果，結(jié)果文件中必須包含應力張量。在使用過程中，用戶需要定義一個應力分類線（SCL），可輸入兩個端點，或者直接拾取某個曲線，再定義采樣點的數(shù)量。另外還需要定義一個應力分類面（SCP）。基于以上輸入，在由SCL和SCP定義的局部坐標系中的采樣點中計算應力分量。通過路徑曲線，應力分量被傳遞到Python腳本中，以計算等效的膜應力和彎曲應力分量，并生成數(shù)據(jù)及報告。

應力線性化操作方法

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中應力線性化的工具進行操作演示。

壓力容器1/4模型

01

基于MSC Apex創(chuàng)建壓力容器模型，或者導入FE模型文件；

02

利用MSC Nastran獲取包含應力張量的數(shù)據(jù)結(jié)果（HDF5格式）；

03

利用幾何工具創(chuàng)建一條曲線用于定義應力線性化的路徑，以及創(chuàng)建一個幾何平面用于創(chuàng)建應力分類面；

04

激活應力線性化插件；

05

通過“Import Result File”導入數(shù)據(jù)結(jié)果文件；

06

選擇已有的曲線用于創(chuàng)建應力分類線，通過Add按鈕將其用于創(chuàng)建應力分類面；選取曲線后，自動獲取SCL的兩個端點坐標。

默認應力線性化路徑上的積分點數(shù)量為50，最大支持100個積分點。通過Add將應力分類線用于創(chuàng)建應力分類面

07

創(chuàng)建應力分類面：激活應力分類線，選擇已有的平面法線方向來創(chuàng)建應力分類面；

或者通過三個節(jié)點定義一個平面，利用該平面的法線方向來創(chuàng)建應力分類面；

08

生成符合ASME標準的應力線性化結(jié)果：通過Compute計算等效膜應力和彎曲應力，生成應力線性化結(jié)果；

選擇應力線性化結(jié)果，生成結(jié)果報告。

應力線性化的薄膜應力、彎曲應力及合成應力

總  結(jié)

MSC Apex應力線性化工具用戶界面友好，用戶可以輕松定義應力線性化路徑，設(shè)置所需要的積分點，獲得符合ASME標準的結(jié)果輸出，大大簡化了應力線性化的過程。無論是評估壓力容器、管道還是任何其他部件的結(jié)構(gòu)安全性能，MSC Apex都能幫助工程師做出快速的決策，并確保符合行業(yè)標準。