設(shè)計(jì)仿真 | MSC Apex壓力容器應(yīng)力線性化的應(yīng)用方法

應(yīng)力線性化是針對壓力容器設(shè)計(jì)常用的一種技術(shù)。在工程領(lǐng)域，應(yīng)力線性化在分析復(fù)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(zhǔn)確的應(yīng)力線性化對于評估是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如美國機(jī)械工程師協(xié)會(ASME)制定的標(biāo)準(zhǔn))至關(guān)重要。為了簡化應(yīng)力線性化的過程，MSC Apex通過自動化的轉(zhuǎn)換，輸出符合ASME標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)力線性化結(jié)果。

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

應(yīng)力線性化插件位置

MSC Apex的應(yīng)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(yīng)力張量。在使用過程中，用戶需要定義一個應(yīng)力分類線（SCL），可輸入兩個端點(diǎn)，或者直接拾取某個曲線，再定義采樣點(diǎn)的數(shù)量。另外還需要定義一個應(yīng)力分類面（SCP）。基于以上輸入，在由SCL和SCP定義的局部坐標(biāo)系中的采樣點(diǎn)中計(jì)算應(yīng)力分量。通過路徑曲線，應(yīng)力分量被傳遞到Python腳本中，以計(jì)算等效的膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力分量，并生成數(shù)據(jù)及報(bào)告。

應(yīng)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(yīng)力線性化的工具進(jìn)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(dǎo)入FE模型文件；

02

利用MSC Nastran獲取包含應(yīng)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(yīng)力線性化的路徑，以及創(chuàng)建一個幾何平面用于創(chuàng)建應(yīng)力分類面；

04

激活應(yīng)力線性化插件；

05

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

06

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

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

07

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

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

08

生成符合ASME標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)力線性化結(jié)果：通過Compute計(jì)算等效膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，生成應(yīng)力線性化結(jié)果；

選擇應(yīng)力線性化結(jié)果，生成結(jié)果報(bào)告。

應(yīng)力線性化的薄膜應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及合成應(yīng)力

總  結(jié)

MSC Apex應(yīng)力線性化工具用戶界面友好，用戶可以輕松定義應(yīng)力線性化路徑，設(shè)置所需要的積分點(diǎn)，獲得符合ASME標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果輸出，大大簡化了應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)。