【文章內(nèi)容簡介】 則，從載荷—應變曲線上得出試驗極限載荷。此方法也是確定結(jié)構(gòu)極限載荷的一種很常用的方法，能獲得構(gòu)件精確的極限載荷值，但是采用試驗方法獲取極限載荷成本高，而且費時費力，一般用于驗證理論和數(shù)值方法的準確性。 確定極限載荷的準則理論極限載荷定義為與極限狀態(tài)相對應的載荷，在此載荷作用下，即使載荷不再增加，而結(jié)構(gòu)的變形將無限地增加，從而失去承載能力。其前提是假定材料為理想塑性材料，變形為小變形。而實際材料存在應變硬化效應以及幾何的強化和弱化效應，變形也非完全小變形，理想的極限狀態(tài)幾乎是不可能發(fā)生的。因此確定真實結(jié)構(gòu)的極限載荷應采用什么準則一直是許多工程師十分關(guān)心的問題，由于塑性流動的判斷依據(jù)不同，因而產(chǎn)生了不同的確定極限載荷的方法。(1) 兩倍彈性變形準則該準則用在ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅲ篇1974年版中。極限載荷P2y定義為撓度達到初屈服載荷下彈性撓度兩倍時的載荷。這種定義方法的準確性取決于初始屈服載荷Py的準確性。見圖21(a)所示。(2) 切線交點準則該準則是由Save提出的，具體的做法為：分別作出Pε(載荷—應變)曲線或Pω（載荷—位移）曲線的彈性部分和塑性流動部分的切線，則極限載荷Pt定義為與雙切交點處相應的載荷值。如圖21(a)所示。(3) 三倍δ 準則Schroeder將DemirDrucker方法中的彈性響應位移取為載荷—應變曲線上彈性和塑性部分切線交點所對應的應變δ，并定義試驗極限載荷 P3δ 為Pω 曲線上南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)論文的測定位移等于3δ 時的載荷，見圖21(a)。(4) 兩倍彈性斜率準則這是被ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅲ篇和第Ⅷ篇19751986 年各版本所采用的準則。極限載荷P?定義為Pε 曲線和兩倍彈性斜率線之交點所對應的載荷值，見圖21(b)所示。（5）DemirDrucker 準則DemirDrucker于1963 年建議的極限載荷PD，此定義的實質(zhì)就是三倍彈性斜率準則，如圖21(b)所示。(6) 塑性功準則該準則是Gerdeen在1979 年提出的，他用圖21(c)中載荷－位移曲線下的相應面積來定義彈性功We和塑性功Wp。用適當選擇參數(shù)αe p =We/Wp的數(shù)值來定義極限載荷Pw。(7) 最大環(huán)向主應變倒數(shù)外推法該法是由Nielse提出的，其理論根據(jù)是當構(gòu)件達到極限狀態(tài)時，應力最高點的最大環(huán)向主應變值趨于無窮大，而其倒數(shù)將趨近于零。因此極限載荷PE的定義為：取應變值最高點的環(huán)向主應變倒數(shù)，用外推法求得倒數(shù)值為零時的載荷點即為極限載荷點。如圖21(d)。(8) %殘余應變準則ASME 鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅲ篇1971年版曾采用該準則。%永久應變的載荷。如圖21(e)。(9) 零曲率準則該準則是章為民對準則（2）的改進。極限載荷的確定可以先畫出彈性段切線和塑性段切線，零曲率點即為結(jié)構(gòu)載荷變形曲線上與塑性段切線的分離點（見圖21（a））?？梢姡摲椒ㄒ惨蕾囉谒苄远吻芯€的確定，與切線交點方法一樣，由于某些情況下塑性部分切線不唯一，則零曲率點的確定也存在較大的誤差。對于以上的各種確定極限載荷的準則，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，用雙切線法、兩倍彈性斜率、三倍 δ %殘余應變準則方法來確定極限載荷所得的結(jié)果相差不大，而且這幾種方法比較簡單實用，使用也比較方便，在工程實際中應用也較為廣泛，因此本文采用兩倍彈性斜率法來確定極限載荷，該方法也是我國《鋼制壓力容器第二章 極限載荷的分析與數(shù)據(jù)處理方法——分析設(shè)計標準》JB473295所推薦的方法。圖21 極限載荷的確定準則 正交試驗設(shè)計簡介 正交實驗設(shè)計的基本知識南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)論文正交實驗（Orthogonal Experiment）設(shè)計法是研究與處理多因素實驗的一種科學方法。它借助于一種規(guī)格化的“正交表”，科學地、有計劃、有目的地挑選實驗條件，合理安排實驗，并利用數(shù)理統(tǒng)計原理科學地分析實驗結(jié)果。其優(yōu)點是，實驗次數(shù)少、分析方法簡單、重復性好、可靠性高，能夠通過代表性很強的少數(shù)實驗，摸清各因素對實驗指標的影響情況，確定諸因素的主次，找出最優(yōu)的參數(shù)組合。自本世紀以來，實驗設(shè)計經(jīng)歷了許多學者的不斷開發(fā)和發(fā)展，現(xiàn)已形成為一套完整的正交實驗設(shè)計技術(shù)和程序化的計算方法，并在世界各國獲得迅速普及和廣泛應用。正交表是已經(jīng)制作好的規(guī)格化表格，是正交實驗法的基本工具。它具有以下的特點：均勻分散性，即正交表中不同因素之間的水平搭配是均勻的；整齊可比性，即各因素之間的水平由于搭配均勻而可以直接比較好壞。正交實驗設(shè)計就是利用這兩條原理設(shè)計的正交表來安排實驗，達到減少實驗次數(shù)，提高實驗效率的目的。 不考慮交互作用的單指標正交實驗單指標正交實驗是正交實驗中最基本的一種，也是用得最多的一種。下面介紹一下正交實驗的基本步驟、分析方法。1） 正交實驗的基本步驟（1） 明確實驗目的，確定相應的實驗條件及考核指標；（2） 確定實驗因素，選擇因素水平數(shù)，制訂因素水平表；（3） 按正交表的選用原則，選取合適的正交表；（4） 做表頭設(shè)計，確定實驗方案，并進行實驗；（5） 對實驗結(jié)果進行分析比較，確定最佳因素水平組合；（6） 按最佳因素水平組合重復實驗，如效果重復出現(xiàn)，則終止實驗。2） 正交實驗的直觀分析方法正交實驗的直觀分析具有結(jié)論直觀明顯，通俗易懂，計算簡單的優(yōu)點，而且是正交實驗中經(jīng)常運用、不可缺少的一步，其基本方法如下：（1） 直接對實驗指標進行比較，挑選出實驗指標最好的因素水平組合。（2） 對實驗結(jié)果進行計算。① 計算、… ，、… 分別為每個因素的水平相同第二章 極限載荷的分析與數(shù)據(jù)處理方法的各次實驗結(jié)果的總和。② 計算、… ，、… 分別為、… 的平均值?；蚍从沉烁饕蛩氐乃綄嶒灴己酥笜擞绊懙拇笮　＂?計算值。T值為所有的實驗結(jié)果的總和，則= +++… +。④ 計算極差Ri。Ri分別為、… 或、… 中的最大值減最小值。極差R的大小可以用來衡量實驗中的相應因素對指標作用的顯著性。極差大的因素，意味著它的水平對實驗結(jié)果所造成的差別大，是作用顯著的重要因素，極差小的因素往往是作用不顯著的次要因素。（3） 對計算結(jié)果進行分析比較，挑選最佳的因素水平組合。（4） 畫趨勢圖，對實驗條件進行展望。趨勢圖是以各因素的水平的實際數(shù)值為橫坐標，以k或k值為縱坐標，在坐標圖上描點所得到的圖。趨勢圖的作用如下：① 各因素在各水平下的實驗結(jié)果的平均值一目了然；② 計算所得到的好的因素水平組合一目了然；③ 當需要進行第二輪實驗時，趨勢圖可以為重新選擇水平指出方向，具有展望作用。 正交實驗的統(tǒng)計分析任何實驗過程都存在誤差，正交實驗所得的結(jié)果之間的差異是由兩方面的原因造成的，一是因素水平不同以及交互作用對實驗結(jié)果的影響；二是實驗誤差對實驗結(jié)果的影響。為了消除這兩種影響，就必須對實驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析。前面提到的直觀分析也是一種統(tǒng)計分析，這種方法簡單直觀，但它不能區(qū)分因素各水平的差異是由于水平不同造成的，還是實驗誤差造成的，因而不知道分析的精度。為了彌補直觀分析法的不足，可采用方差分析法。方差分析是分析實驗數(shù)據(jù)差異性質(zhì)的一種數(shù)理統(tǒng)計方法，把由實驗條件不同而引起實驗結(jié)果差異的系統(tǒng)誤差和由偶然因素干擾而造成的實驗結(jié)果差異的隨機誤差，用偏差平方和的形式加以區(qū)分和比較，是方差分析的實質(zhì)。南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)論文方差分析的基本任務(wù)是：分析實驗、誤差對指標的影響；分析各因素的水平變化對指標的影響；將兩者進行比較，判斷因素對指標的影響是否顯著。它的基本方法是將實驗結(jié)果總的偏差平方和ST分解為由因素水平變化引起的偏差平方和Si及由實驗誤差引起的偏差平方和Se，構(gòu)成統(tǒng)計量F，計算F的值。在給定的顯著性水平α下，從F分布表查出臨界值Fα，將F與Fα 進行比較，作出顯著性判斷。第三章 含減薄缺陷彎管的有限元模型的建立 第三章 含減薄缺陷彎管的有限元模型的建立 前言許多工程分析問題，如固體力學中的位移場和應力場分析，電磁學中的電磁場分析、振動特性分析、傳熱學中的溫度場分析、流體力學中的流體分析等，都可歸結(jié)為在給定邊界條件下求解其控制方程(常微分方程或偏微分方程)的問題，但能用解析方程求解出精確解的只有方程性質(zhì)比較簡單，且?guī)缀芜吔缦喈斠?guī)則的少數(shù)問題。對于大多數(shù)的工程技術(shù)問題，由于物體的幾何形狀較復雜或者問題的某些特征是非線性的，則很少有解析解。這類問題的解決通常有兩種途徑：一是引入簡化假設(shè)，將方程和邊界條件簡化為能夠處理的問題，從而得到它在簡化狀態(tài)的解。這種方法只在有限的情況下是可行的。因為過多的簡化將可能導致不正確的解。因此，人們在廣泛吸收現(xiàn)代數(shù)學、力學理論的基礎(chǔ)上，借助于現(xiàn)代科學技術(shù)的產(chǎn)物——計算機來獲得滿足工程要求的數(shù)值解，這就是數(shù)值模擬技術(shù)，數(shù)值模擬技術(shù)是現(xiàn)代工程學形成和發(fā)展的重要推動力之一。目前在工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)值模擬方法主要有：有限單元法、邊界元法、離散單元法和有限差分法，但就其實用性和應用的廣泛性而言，主要還是有限單元法。數(shù)值模擬技術(shù)通過計算機程序在工程中得到越來越廣泛的應用，這些工程數(shù)值模擬軟件，例如有限元軟件，不斷吸取計算方法和計算機技術(shù)的最新進展，將有限元分析、計算機圖形學和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，使用方便、計算精度高，其計算結(jié)果已成為各類工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計和性能分析的可靠依據(jù)，己成為解決現(xiàn)代工程學問題必不可少的有力工具。對于許多工程問題，不可能獲得解析的數(shù)學解。以前，為了得到解析解，人們不得不做多到難以承受的假設(shè)和簡化，以至于所得結(jié)果只能適用于最簡單的情況?，F(xiàn)在，對于材料性質(zhì)和邊界條件較復雜的問題，工程師可以依靠數(shù)值方法給出近似的、較令人滿意的答案，有限元法就是這樣一種數(shù)值方法。實踐上，有限元法己經(jīng)廣泛應用于很多學科。它最初只在連續(xù)體結(jié)構(gòu)力學中得到應用，但現(xiàn)在，有限元方法已經(jīng)廣泛應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等多個領(lǐng)域。以固體力學為例，它己經(jīng)由最初的彈性力學二維問題擴展到三維問題，由靜力平衡問題擴展到穩(wěn)定性問題、動力問題和波動問題，由彈性材料擴展到塑性、粘彈性、粘塑性和復合材料等。可以預見，有限元的應用還將進一步擴南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)論文大，并將成為有力的數(shù)值分析工具。本次研究即采用有限元數(shù)值模擬的方法研究常溫下局部減薄缺陷對彎管承載能力、壽命等的影響。 有限元分析軟件作為CAE(Computer Aided Engineering)工程軟件里的一員，ABAQUS有著強大的計算和數(shù)據(jù)處理能力。有限元分析包括三個步驟：前處理、分析計算和后處理。在前處理階段需要定義物理問題的模型，并生成一個ABAQUS輸入文件。ABAQUS/CAE是完整的ABAQUS運行環(huán)境，可以生成ABAQUS模型、交互式地提交和監(jiān)控分析作業(yè)，并顯示分析結(jié)果。ABAQUS/CAE分為若干個功能模塊，每一個模塊定義了模擬過程的一個方面，例如：定義幾何形狀、材料性質(zhì)和網(wǎng)格等。建模完成后，ABAQUS/CAE可以生成ABAQUS輸入文件，提交給ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit；在分析計算階段，使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解輸入文件中所定義的數(shù)值模型。完成一個求解過程所需的時間取決于問題的復雜程度和計算機的運算能力。ABAQUS/CAE后處理可以用來讀入分析結(jié)果數(shù)據(jù)，以多種方法顯示分析結(jié)果，包括彩色云紋圖、動畫、變形圖和XY曲線圖等。模型建立的具體順序按：創(chuàng)建部件，定義材料，創(chuàng)建分析步，加載載荷以及邊界條件，劃分網(wǎng)格，作業(yè)和后處理。1）創(chuàng)建部件：ABAQUS中提供了常用的二維畫圖工具，并能通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、切割等動作進行三維作圖。2）定義材料：通過用戶自定義材料屬性參數(shù)，在材料庫中可以模擬各種工程材料。3）創(chuàng)建分析步：用戶可自行設(shè)置載荷施加時間、迭代次數(shù)、輸出數(shù)據(jù)的內(nèi)容等。4）加載載荷及邊界條件：根據(jù)實際情況，對載荷大小、加載范圍進行設(shè)置，并限制模型自由度。5）劃分網(wǎng)格：通過切割模型，布置邊緣種子數(shù)量、間距，來劃分理想的網(wǎng)格。6）作業(yè)：提交分析任務(wù)。計算機將按照用戶設(shè)定的輸出項目計算結(jié)果。7）后處理：顯示計算結(jié)果，繪制圖表等。第三章 含減薄缺陷彎管的有限元模型的建立有限元計算模型采用φ1088mm，90176。彎管，彎曲半徑R為150mm,兩端各接一段長150mm的直管。局部減薄考慮了外拱內(nèi)壁局部減薄的情況,為減輕計算負擔，截取實物的1/2建立模型如圖31，無量綱參數(shù)a=γ/45176。，b=φ/180176。,c=C/t。具體步驟：點擊左側(cè)工具區(qū)的（創(chuàng)建部件），彈出創(chuàng)建部件對話框，模型空間、形狀保持默認，類型設(shè)置為掃掠，大約尺寸設(shè)置為2000，點擊繼續(xù)。進入繪制模型截面的界面，選擇，點擊視圖區(qū)正中間的坐標遠點（0，0），作為圓弧中心。以150mm為半徑畫圓。選擇，以圓的上頂點為起點畫一段長為150mm的水平線段。再以圓的左頂點為起點畫一段長為150mm的豎直線段。選擇，去掉3/4圓弧。按回車鍵，使兩條線段和1/4圓弧形成一掃掠路徑。如圖32。 圖32 掃掠路徑再次按回車鍵，進入繪圖環(huán)境，繪制被掃掠截面。如圖33。南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)論文圖33 被掃掠截面再雙擊回車鍵，1/2無缺陷彎管就創(chuàng)建出來。如圖34。圖34 1/2無缺陷彎管缺陷塊創(chuàng)建操作步驟同上。缺陷模型如圖35。第三章 含減薄缺陷彎管的有限元模型的建立圖35 缺陷模型選擇組裝，點擊，在跳出的對話框中按住Ctrl依次選擇兩個部件，點擊繼續(xù)。點擊，在彈出的對話框中選擇減掉尺寸操作和去除選項。點擊繼續(xù)，依次點擊彎管和缺陷塊模型，按回車鍵，這樣含減薄缺陷的彎管模型就建立出來了。如圖36。圖36 含減薄缺陷的彎管模型 定義材料南京工業(yè)大學本科