基于应变能分析结构缺口局部变形集中效应的方法和终端技术

本发明专利技术公开了基于应变能分析结构缺口局部变形集中效应的方法和终端，包括以下步骤：获取结构在服役温度下的材料应力应变数据以及弹性模量E；在结构上施加载荷并开展缺口部件的弹塑性计算，获得部件缺口局部应力σ

【技术实现步骤摘要】
基于应变能分析结构缺口局部变形集中效应的方法和终端


[0001]本专利技术涉及结构中缺口局部变形力学分析领域，具体涉及基于应变能分析结构缺口局部变形集中效应的方法和终端。

技术介绍

[0002]弹性应力集中系数K
t
常用于缺口局部材料弹性阶段变形集中效应的分析，然而当结构件中缺口局部材料变形进入塑性阶段后，弹性应力集中系数K
t
就无法对缺口局部的变形集中效应进行有效描述。缺口局部材料进入塑性阶段后，若坚持按照弹性应力集中系数K
t
进行分析，在相同应变的情况下，弹性分析将会计算得到比弹塑性分析更大的局部应力σ
local
，从而得到较高的应力集中系数K
t
。弹性应力集中系数K
t
为：
[0003][0004]其中σ
local
为结构中缺口局部应力，ε
local
为结构中缺口局部应变，S为名义应力，e为名义应变。
[0005]另一方面，承受多种类型载荷导致缺口局部材料进入塑性阶段后，不能使用弹性应力集中系数K
t
描述缺口局部的变形集中行为。由于材料代表性单元体的应变能既可以考虑材料单元体的应力，又可以考虑材料单元体的应变，因此，目前亟需一种采用应变能的能量概念来建立描述缺口局部变形集中效应的模型。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决上述问题，目的在于提供基于应变能分析结构缺口局部变形集中效应的方法和终端，为结构缺口局部材料单元体进入塑性阶段后提供了缺口局部变形集中效应分析方法和模型，可以有效描述缺口局部变形集中效应，服务于工程设计分析计算。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]基于应变能分析结构缺口局部变形集中效应的方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]步骤一：获取结构的材料应力应变数据以及弹性模量E；
[0010]步骤二：在结构上施加载荷并开展缺口部件的弹塑性计算，获得部件缺口局部应力σ
local
和局部应变ε
local
；
[0011]步骤三：获取无缺口结构的名义应力S和名义应变e；
[0012]步骤四：根据局部应力σ
local
和局部应变ε
local
以及材料应力应变数据，计算局部材料单元体的应变能W
σ
‑
ε
；
[0013]步骤五：计算得到名义应力S和名义应变e所围成的名义应变能W
nominal
；
[0014]步骤六：根据局部材料单元体的应变能W
σ
‑
ε
和名义应变能W
nominal
，获得缺口局部变形集中效应的模型。
[0015]相对于现有技术中，缺口局部材料进入塑性阶段后，若坚持按照弹性应力集中系数K
t
进行分析，在相同应变的情况下，弹性分析将会计算得到比弹塑性分析更大的局部应力σ
local
，从而得到较高的应力集中系数K
t
，且承受多种类型载荷导致缺口局部材料进入塑
性阶段后，不能使用弹性应力集中系数K
t
描述缺口局部的变形集中行为的问题，本方案提供了基于应变能分析结构缺口局部变形集中效应的方法，为结构缺口局部材料进入塑性阶段后缺口局部变形集中行为的描述提供了模型。具体方案中，由于材料代表性单元体的应变能既可以考虑材料单元体的应力，又可以考虑材料单元体的应变，因此本专利技术采用应变能的能量概念建立了描述缺口局部变形集中效应的模型。当缺口局部材料单元体的应力和应变处于弹性分析阶段时，所建立的模型可以退化为弹性应力集中系数模型。
[0016]从上述阐述可知，本专利技术所建立的结构中缺口局部变形集中效应的分析方法，尤其是缺口局部材料单元体进入塑性阶段后缺口局部变形集中效应分析方法和模型，可以有效描述缺口局部变形集中效应，服务于工程设计分析计算。
[0017]进一步优化，所述缺口局部变形集中效应的模型为：
[0018]K
σ
‑
ε
＝(W
σ
‑
ε
/W
nominal
)
0.5
。
[0019]进一步优化，所述局部材料单元体的应变能：
[0020][0021]进一步优化，所述名义应变能：
[0022][0023]进一步优化，所述步骤四中：
[0024]当结构中缺口局部材料单元体未进入塑形阶段时，局部材料单元体的应变能：
[0025][0026]进一步优化，当结构中缺口局部材料单元体未进入塑形阶段时，所述缺口局部变形集中效应的模型为：
[0027]K
σ
‑
ε
＝K
t
＝(W
σ
‑
ε
/W
nominal
)
0.5
＝σ
local
/S。
[0028]进一步优化，所述步骤一中：需获取结构在服役温度下的材料应力应变数据以及弹性模量E。
[0029]进一步优化，当材料为纯弹性材料时，缺口局部变形集中效应的模型为弹性应力集中系数。
[0030]进一步优化，所述步骤三中：
[0031]在无缺口结构上施加和步骤二中相同的载荷并开展弹性计算，获得名义应力S和名义应变e；
[0032]进一步优化，所述材料应力应变数据包括结构在服役温度下的材料应力应变曲线。
[0033]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0034]本专利技术提供了基于应变能分析结构缺口局部变形集中效应的方法和终端，通过所提供的方法可以分析结构件弹性阶段、弹塑性阶段下缺口局部变形集中效应，采用弹塑性分析应变能与名义应变能的比值后开方，提出了描述缺口局部变形集中效应的模型。
[0035]本专利技术中若材料为纯弹性材料，则所提出的模型可以退化为弹性应力集中系数。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
[0037]图1为本专利技术提供的一种实施例中假定的材料应力应变曲线；
[0038]图2为本专利技术提供的一种实施例的分析对象的二维有限元模型；
[0039]图3为本专利技术提供的一种实施例的分析对象在弹塑性分析下的应变能数据分析图；
[0040]图4为本专利技术提供的一种实施例的分析对象在弹性分析下的应变能数据分析图；
[0041]图5为本专利技术提供的一种实施例的分析对象在弹性和弹塑性分析阶段相结合的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于应变能分析结构缺口局部变形集中效应的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：获取结构的材料应力应变数据以及弹性模量E；步骤二：在结构上施加载荷并开展缺口部件的弹塑性计算，获得部件缺口局部应力σ
local
和局部应变ε
local
；步骤三：获取无缺口结构的名义应力S和名义应变e；步骤四：根据局部应力σ
local
和局部应变ε
local
以及材料应力应变数据，计算局部材料单元体的应变能W
σ
‑
ε
；步骤五：计算得到名义应力S和名义应变e所围成的名义应变能W
nominal
；步骤六：根据局部材料单元体的应变能W
σ
‑
ε
和名义应变能W
nominal
，获得缺口局部变形集中效应的模型。2.根据权利要求1所述的基于应变能分析结构缺口局部变形集中效应的方法，其特征在于，所述缺口局部变形集中效应的模型为：K
σ
‑
ε
＝(W
σ
‑
ε
/W
nominal
)
0.5
。3.根据权利要求1所述的基于应变能分析结构缺口局部变形集中效应的方法，其特征在于，所述局部材料单元体的应变能：4.根据权利要求1所述的基于应变能分析结构缺口局部变形集中效应的方法，其特征在于，所述名义应变能：5...

【专利技术属性】
技术研发人员：石凯凯，张毅雄，熊夫睿，兰彬，傅孝龙，谢海，白晓明，邵雪娇，米雪，郑斌，何曼如，朱笔达，孙原尊，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：