应力集中的分析

1.应力集中的现象及概念

材料在交变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏。通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时，破坏就可能发生。另外材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大，这种现象称为应力集中。对于组织均匀的脆性材料，应力集中将大大降低构件的强度，这在构件的设计时应特别注意。

承受轴向拉伸、压缩的构件，只有在寓加力区域稍远且横截面尺寸又无急剧变化的区域内，横截面上的应力才是均匀分布的。然而工程中由于实际需要，某些零件常有切口、切槽、螺纹等，因而使杆件上的横截面尺寸发生突然改变，这时，横截面上的应力不再均匀分布，这已为理论和试验所证实。

如图 2-31[a] 所示的带圆孔的板条，使其承受轴向拉伸。由试验结果可知 : 在圆孔附近的局部区域内，应力急剧增大，而在离开这一区域稍远处，应力迅速减小而趋于均匀( 图 2 — 31[b]) 。这种由于截面尺寸突然改变而引起的应力局部增大的现象称为应力集

中。在 I — I 截面上，孔边最大应力与同一截面上的平均应力之比，用表示

称为理论应力集中系数，它反映了应力集中的程度，是一个大于 1 的系数。而且试验结果还表明 : 截面尺寸改变愈剧烈，应力集中系数就愈大。因此，零件上应尽量避免带尖角的孔或槽，在阶梯杆截面的突变处要用圆弧过渡。

要想搞明白这个问题，我想先要搞明白什么是荷载力、什么是应力？简单地来说荷载力来源于动力源作用于工作终端，其力的大小为工作终端负苘加传动损耗，而应力则是由材料内部的分子发生错位（部分分子受拉力或热力作用其分子链被拉长、而有些分子则受压缩力或冷凝力的作用其分子被压缩，同时这两种变形的分子又相互作用在其过渡区域就会受两种作用力的影响，分子链也会受到破坏产生裂纹）而产生的作用カ。人们在生产实践中发现材料在受力情况下都会发生变形，其变形量与受力的大小及受力的区城大小有关，卸载后的剩余应力与局剖的变形量成正比，对台阶轴而言诺不加任何措施、由于作用区域小其作用力仅在轴的圆周面上产生作用，轴芯部分并不受カ，这种现象本人称它为集肤效应。因此此时的轴肩处的圆周面受到剪切变形，分子链相继受到破坏并向轴芯延伸最终导至轴颈断裂。若在轴肩处采用圆弧过度等措施，相对来说增加了作用区域（两作用力之间的距离增加，材料所允许的扭转角度就变大，随着轴的扭转角度的增加使得轴芯部分有更多的分子链来参加传递动力，这样每个分子链的负荷也就变小很多，轴的寿命也得以延长，值得注意的是这并不意味着此轴可永久使用，因为材料在受力的情况下都会受损，只不过程度不同，程度大的寿命短、程度小的寿命长，这也就是人们常说的疲劳寿命。

现在再来解释过盈配合为什么在边缘处产生应力集中？

因为是过盈，所以内外圈在接触表面都要产生变形，而不接触的其它表面不会变形。这样接触面区域是压应力，而在接触边缘处轴的材料必然出现拉应力以阻止轮毂边缘和接触区外的材料进一步变形。但配合面的母线是直线，在外力作用下必然要产生相同的变形量，为了协

调，在接触边缘处的材料只有增大压缩变形量才能保持直线，因而这时边缘处的应力必然要比中间接触区域的应力高，也就是所谓的应力集中。实际上最根本的原因还是轮毂是有限长度，端面与内孔互相垂直，因而接触母线不连续。如果轴与轮毂是绝对等长的，那就不会出现应力奇异了。因此，在实际加工中，有经验的师傅往往将内孔加工为喇叭口，以此来减轻边缘的变形量，道理就在于此

高速钢刀具淬火裂纹的原因分析及预防措施

2009-08-03 16:16

高速钢属莱氏体钢，含有大量合金元素，冶炼后形成大量一次共晶碳化物和二次碳化物(约占成分总量的18%～22%)，这对高速钢刀具的淬火质量及使用寿命有很大影响。高速钢淬火温度接近熔点，淬火后组织中仍有25%～35%的残余奥氏体，致使高速钢刀具容易产生裂纹和腐蚀。下面分析影响高速钢刀具淬火裂纹和腐蚀的原因，并提出相应预防措施。

1 高速钢原材料的冶金缺陷

高速钢中所含大量碳化物硬而脆，为脆性相。一次共晶碳化物呈粗大骨骼状(或树枝状)分布于钢基体内。钢锭经开坯压延和轧制后，合金碳化物虽有一定程度的破碎和细化，但碳化物偏析依然存在，并沿轧制方向呈带状、全网状、半网状或堆积状分布。碳化物不均匀度随原材料直径或厚度的增加而增加。共晶碳化物相当稳定，常规热处理很难消除，可导致应力集中而成为淬火裂纹源。钢中硫、磷等杂质偏析或超标也是导致淬裂的重要原因。高速钢的导热性和热塑性差、变形抗力大，热加工时易导致金属表层和内层形成微裂纹，最终在淬火时因裂纹扩展而导致材料报废。大型钢锭在冶炼、轧制或锻造等热加工过程中形成的宏观冶金缺陷如疏松、缩孔、气泡、偏析、白点、树枝状结晶、粗晶、夹杂、内裂、发纹、大颗粒碳化物及非金属夹渣等均易导致淬火时应力集中，当应力大于材料强度极限时便会产生淬火裂纹。

预防措施为：①选用小钢锭开坯轧制各种规格的刀具原材料；②选用二次精炼电渣重熔钢锭，它具有纯度高、杂质少、晶粒细、碳化物小、组织均匀、无宏观冶金缺陷等优点；③对不合格原材料进行改锻，击碎材料中的共晶碳化物，使共晶碳化物不均匀度≤3级；④采取高温分级淬火、再高温回火的预处理工艺，通过精确控温等措施，可有效避免高速钢原材料冶金缺陷引起的淬火裂纹。

2 高速钢过热、过烧组织

高速钢过热、过烧组织的特点为晶粒显著粗化，合金碳化物出现粘连、角状、拖尾状及沿晶界呈全网状、半网状或连续网状分布；钢组织内部局部熔化出现黑色组织或共晶莱氏体，形成过烧组织，显著降低晶间结合力和钢的强韧性。引起高速钢过热、过烧组织的主要原因有：淬火加热温度过高，测温和控温仪表失准；盐浴炉淬火加热时，因盐浴表面烟雾导致辐射高温计测温出现误差；变压配电盘磁力开关失灵；刀具加热时离电极太近或埋入炉底沉积物中；原材料存在大量角状碳化物或碳化物不均匀度等级太高等。高速钢过热、过烧组织极易导致淬火裂纹。

预防措施为：①严格控制原材料质量，共晶碳化物级别应≤3～3.5级；②原材料入库

和投产前应作金相检查，确保无宏观冶金缺陷；③刀具淬火加热前用试片校验高温盐浴炉，检查晶粒等级与淬火加热温度的关系是否合理(参见下表)；④采用微机控温与测温，测温精度达到±1.5℃。共晶碳化物

不均匀度等级

出现过热(晶粒度8#)的

淬火温度(±5℃)

≤3 1260℃

3.5 1250℃

4.5 1245℃

7.5 1240℃

8.5 1230℃

3 萘状断口

萘状断口是高速钢常见的组织缺陷，断口呈鱼鳞状，类似大理石，具有萘的光泽，断口极粗糙，晶粒粗大(可达1mm)。由于材料脆性大，强韧性低，高温奥氏体化淬火时容易形成淬火裂纹。在热锻、轧制、压延等热加工时，经1050～1100℃高温奥氏体化，热塑性变形在5%～10%临界变形、精锻温度不当及重复淬火时未经中间退火(或退火不充分)等因素均易形成萘状断口，导致淬火裂纹。

预防措施为：①合理选择精锻温度，严格控制终锻温度(≤1000℃)，锻后缓冷；②锻坯淬火前应充分退火；③避免在5%～10%临界变形；④进行超晶粒细化处理等。采取以上措施可有效抑制高速钢萘状断口的形成，避免产生淬火裂纹。

4 机械设计与冷加工不当引起应力集中

刀具厚薄不均、因棱角、锐边、尖角、沟槽、孔、凸台等形状突变而产生缺口效应以及冷加工表面粗糙、刀纹较深、存在碰伤及打标记等均可导致高速钢刀具淬火时应力集中，从而诱发淬火裂纹。如刀具淬火前存在较大冷加工内应力(尤其是磨削内应力)未予消除，在淬火加热和冷却时将形成多种应力叠加，当叠加应力超过材料强度极限时，将产生淬火裂纹和畸变。

预防措施为：①改进刀具设计，使刀具形状合理、厚薄均匀。厚处可开工艺孔，薄处可增加肋条，变形悬殊处可制成斜坡；②将刀具的棱角、直角、尖角倒圆，孔口处倒角；③冷加工表面光洁度应达到设计要求，防止产生粗大刀纹，用万能笔书写标记；④淬火前通过退火消除冷加工内应力；⑤采用热浴分级淬火、等温淬火等工艺减少组织应力和热应力，避免

应力集中。

5 淬火内应力与淬火冷却介质

高速钢的组织应力、热应力和附加应力均为淬火内应力。对高速钢进行高温奥氏体化淬火时，过冷奥氏体转变为淬火马氏体，由于前者比容小，后者比容大，钢从收缩状态逆转为膨胀状态，金属内外层相变引起的比容变化不同时性产生的内应力为组织应力。大型刀具的表面和中心以及厚薄不同处因加热和冷却速度不一致形成温度差，导致体积膨胀与收缩不同而产生的内应力为热应力。刀具表面和内部组织结构不均匀以及工具内部弹性变形不一致形成的内应力为附加应力。当以上三种应力之和大于材料的破断抗力时，则形成淬火裂纹。当淬火冷却介质冷速过大，超过该钢种的临界淬火冷速时，则易形成较大的淬火内应力，导致刀具淬裂。当淬火冷却介质冷速过小，小于该钢种临界淬火冷速时，则得不到所需组织性能。获得淬火马氏体转变的最小冷却速度为临界淬火冷却速度。高速钢淬透性极佳，中小型刀具空冷即可淬硬。但用硝盐进行等温淬火时，如硝盐含水过量，可能造成淬火冷却速度过大，或当刀具淬火未冷至室温即转入水中清洗，可使大量过冷残余奥氏体在水中高冷速下转变为淬火马氏体，从而产生大的淬火内应力，导致刀具淬裂。

预防措施为：①选用在钢的C曲线拐点处(鼻部)快冷、在鼻部Ms点以下缓冷的淬火介质(如氯化钙饱和水溶液、C?-1有机淬火剂、聚乙烯醇水溶液、高锰酸钾淬火液等)作为理想淬火冷却介质；②采用热浴(硝盐浴、碱浴等)分级淬火、等温淬火以及淬火前预处理等措施，细化组织，消除冷、热加工应力，可有效预防和避免淬裂和刀具淬火畸变。

6 氢脆

高速钢刀具酸洗、电镀时侵入钢中的初生态氢(H)原子转变为氢分子(H2)时将发生膨胀，产生巨大压力，导致在钢的晶界上发生龟裂，称为氢脆。酸洗是金属氧化物与酸的化学反应，它使金属氧化物变为可溶性盐而脱离金属表层。淬火高速钢有强烈的酸洗氢脆龟裂倾向。通常用硫酸或盐酸酸洗刀具时，其化学反应方程式为

FeO+H2SO4<====>FeSO4+H2O

FeO+HCl<====>FeCl+H2O

Fe+H2SO4—→FeSO4+H2↑

Fe+HCl—→FeCl+H2↑

预防措施为：①酸洗时，如产生过量初生态氢原子(H)，则需严格控制酸液浓度、温度和酸洗时间；②刀具酸洗和电镀后及时用净水冲洗和中和残酸，并在4小时内进行190～200℃×2～4h的低温时效，使氢气释放，可有效消除氢脆龟裂。

7 冷处理裂纹

高速钢刀具经高温奥氏体化，保温后在大于或等于该钢种的临界冷却速度下淬火得到淬火马氏体组织，但尚有部分过冷奥氏体未转变，成为残余奥氏体(AR)(约占25%～35%)。若

再进行-60℃～-160℃的液氮冷处理，则可使残余奥氏体转变为马氏体(M)。由于残余奥氏体比容小，马氏体比容大，钢件发生膨胀，将产生较大的二次淬火相变组织应力，并与一次淬火应力叠加，当叠加应力大于该钢种的破断抗力，则会产生冷处理二次淬裂。

预防措施为：①冷处理前将淬火刀具用100℃沸水煮30～40分钟，或低温回火1小时。试验表明，此方法可消除20%～30%的淬火内应力。由于残余奥氏体稍趋稳定，经冷处理后仍可保留2%～5%。残余奥氏体既脆又韧，可吸收马氏体的急剧膨胀能量，松驰及缓和相变应力；②冷处理后将刀具放入室温水(或热水)中升温，可消除50%～60%的冷处理二次淬火应力；③采用多次高温回火等措施，促使残余奥氏体转变为马氏体，可有效预防冷处理裂纹。

8 磨削裂纹

高速钢磨削裂纹常发生在磨削加工过程中，裂纹细而浅(深度不到1mm)，呈辐射网状分布于表面，大多与磨削方向垂直，类似淬火网状裂纹，但形成原因不同。当磨削速度较高、进给量较大、冷却不良时，可使钢件表层金属温度急剧升高至淬火加热温度，随后冷却即形成金属表层二次淬火，产生二次淬火应力；当材料存在严重的碳化物偏析未予消除，或淬火刀具中存在较多残余奥氏体未被转变，在磨削加工时则易发生应力诱发相变，促使残余奥氏体转变为马氏体，使组织应力增大，并与磨削加工二次淬火应力相叠加，形成二次淬火表层磨削裂纹。

预防措施为：①降低磨削速度和进给量，选用缓和磨削冷却液；②严格原材料入库和投产前检查，控制材料共晶碳化物级别(≤3级)，超过3级者应进行改锻；③避免过高奥氏体化淬火加热温度，采用计算机控温，采用热浴分级淬火、等温淬火、多次高温回火等措施降低组织应力、热应力和残余奥氏体数量等，可有效避免磨削裂纹。

9 电火花线切割加工显微裂纹

火花放电加工时，被熔化的金属有一部分残留在放电点的电蚀坑周围。由于电火花加工在油或水中进行，因此脉冲放电结束后熔化金属迅速冷却凝固，因收缩而产生较大拉应力，使原应力场重新分布，形成厚度0.02～0.10mm的熔化变质层。该变质层为树枝状结晶铸态组织，冷却后形成二次高温淬火硬化层，生成大量极稳定的残余奥氏体。变质层收缩产生的拉应力与变质层二次高温淬火应力相叠加，在变质层上形成显微裂纹，且随着电火花加工电气参数的加大而加深扩大。

预防措施为：①在电火花线切割加工前应充分消除刀具内应力；②严格控制线切割电气参数；③留足磨削及抛光的加工余量，通过后续加工去除变质层；④通过150～200℃×2～4h油浴消除应力回火，防止电火花加工时产生显微裂纹。

10 回火不当引起二次淬火裂纹

高速钢刀具具有高温回火二次硬化特性。第一次马氏体淬火后保留了较多残余奥氏体，高温回火时，在回火冷却过程中残余奥氏体相变为马氏体，若在水中或油中快速冷却，形成二次淬火马氏体时将产生较大淬火内应力；如回火时采用火焰或高频快速加热，表层金属将发生收缩，而内部依然为马氏体组织，因比容大而处于膨胀状态，从而使表层产生较大拉应

力，与一次、二次淬火应力叠加，导致因回火不当引起二次硬化淬火裂纹。刀具表面脱碳会加速裂纹的形成。

预防措施为：①在保护气氛炉、真空电炉和经充分脱氧的盐浴炉中加热刀具，可防止氧化脱碳；②淬火刀具冷却至该钢种Ms点附近时取出转入缓和冷却介质中，宜在硝盐热浴、碱热浴中分级淬火、等温淬火和在理想冷却介质中淬火；③低温(≤100℃)入炉回火，缓慢升温至≥300℃后可随炉升温至所需回火温度，高温回火保温后出炉空冷至室温，在回火缓冷过程中实现残余奥氏体(AR)→马氏体(M)相变，避免水冷、油冷，防止产生较大二次淬火应力。总之，淬火后及时回火，防止淬火应力萌生与扩大；充分回火，获得稳定组织；多次高温回火，促使残余奥氏体(AR)→马氏体(M)充分转变，并消除二次淬火应力；较长时间和合回火，提高抗断裂韧性和综合力学性能等措施均能有效防止回火不当引起的二次淬火裂纹。

11 刀具腐蚀

目前，我国高速钢刀具热处理工艺的淬火加热一般在盐浴炉中进行，回火加热一般在硝盐浴炉中进行。此外必须进行酸洗。

刀具淬火局部加热时，靠近盐浴面以上部位与高温盐浴挥发氯气等有害气体接触，不仅易发生氧化脱碳，而且还会导致液面与空气交界处形成一定宽度的带状麻点腐蚀。预防措施为：采用高温加热包盐法，即刀具整体入盐后，再将局部不淬火加热部位露出液面，使之包上一层粘附盐壳，与空气中的有害气体隔绝，避免腐蚀。

大型整体刀片在高温盐浴炉中淬火加热时，因温度高、保温时间长，易与盐浴中氧化铁(FeO)等有害物质起化学反应而发生腐蚀。预防措施为：严格执行盐浴加热介质热处理技术条件：纯度≥98%，硫酸盐(BaSO4、Na2SO4、K2SO4)等杂质含量≤0.3%，碳酸盐(BaCO3、Na2CO3、K2CO3)等杂质含量≤0.1%，水不溶解物≤0.1%；每一工作班必须对盐浴进行脱氧捞渣，每周掏炉一次，彻底清除炉膛内炉渣杂质。

刀具酸洗时，因酸洗过度或未冲净残酸，使硝酸与硝盐发生化学反应，将引起电化学腐蚀。预防措施为：刀具酸洗后，两次用流动净水冲洗，再彻底中和，并及时喷砂强化，在空气中停放不超过8小时，并采取油封方式，可有效防止酸洗腐蚀.

2.应力集中的定量分析

3.应力集中的解决办法

4.应力集中的危害

5.应力集中在齿轮上的具体分析与应用

基于弹性力学理论和有限元法分析应力集中问题的讨论

基于弹性力学理论和有限元法分析应力集中问题的讨论材料在外形急剧变化的部位，局部应力可以超出名义应力的数倍，对于脆性材料局部过早开始破坏，从而，削弱了构件的强度，降低了构件的承载能力。因此在工程實际中，为了确保构件的安全使用，必须科学合理的分析计算应力集中现象，以便找寻到更好的避免措施。本文首先基于弹性力学理论分析带孔无限宽板的应力分布情况，将对象的受力转化成数学表达，结论应证了应力集中的几个特性。标签：应力集中系数；有限元分析；无限宽板；弹性力学；Inventor运用；ANSYS 1、应力集中 1.1弹性力学中概念，指物体形状、材料性质不均匀导致的局部应力急剧增高的现象。 1.2应力集中系数最大局部应力与名义应力的比值称为理论应力集中系数ɑ。可以明确地反应应力集中的程度。最大局部应力σmax可根据弹性力学理论、有限元法计算得到，也可由实验方法测得；名义应力σn是假设构件的应力集中因素（如孔、缺口、沟槽等）不存在，构件截面上的应力。 2、孔周应力在理想状态下的弹性力学理论分析 2.1定义受单向均匀拉伸荷载的无限宽平板，孔径2α圆孔，建立如图一理想模型。由于结构的对称性，仅分析图一上半段1/4部分x轴正向的状态： 1）圆孔右顶点单元，即当θ=0，r=α时，代入式（2）解算得σy=3σ； 2）距孔0.2倍孔半径外，即当θ=0，r=1.2α时，代入式（2）解算得σy=2.071σ； 3）距孔1倍孔半径外，即当θ=0，r=2α时，代入式（2）解算得σy=1.221σ； 4）距孔1.5倍孔半径外，即当θ=0，r=2.5α时，代入式（2）解算得σy=1.122σ； 5）距孔2倍孔半径外，即当θ=0，r=3α时，代入式（2）解算得σy=1.074σ；

峰值应力基本特性分析和讨论

2005年第4期压力容器峰值应力基本特性分析和讨论丁伯民 (华东理工大学,上海200237) [摘要]对峰值应力是否仅是沿壁厚非线性分布的分量,是否都具有自限性进行分析、讨论。 [关键词]峰值应力;二次应力;非线性分量;自限性;应力集中系数;有限元 Fundamental Properties Analysis and Discussion for Peak Stress Ding Bomin (E ast China Univer sity of S cience and T echnology,S hanghai200237) [Abstract]T he problems of w hether the peak stress is the s tr ess component distributing along thickness in nonlinear and w h ether the peak stres s is self-lim itin g w ere analyz ed and discussed. [Keywords]peak stress,secondary stress,nonlinear component,s elf-limiting,factor of stress concentration,finite element 1前言为制订我国的应力分析设计标准,从1983年讨论应力分析法容器设计规定讨论稿开始的二十余年来,对峰值应力仅是沿壁厚的非线性分布分量,其作用范围仅在壁厚的1/4范围以内,以及峰值应力和二次应力相同,其特征是具有自限性的表述,笔者一直提出异议。争议各方在国内外发表不同观点的文章至少有三、四十篇之多。全国化工设备设计技术中心站从去年开始,组织有关专家在杭、宁、沪三次进行座谈。 2有限元应用将由三维有限元求得的总应力按照静力等效、等效力矩概念,仅把沿壁厚非线性分布部分划为峰值应力,把均布和线性分布部分划为P m(P L)或Q 的这一做法肯定是保守的。由于峰值应力沿壁厚可以是均布、线性及非线性分布,所以如按这一方法划分,则就仅将沿壁厚非线性分布的分量从总应力中划出并划归为峰值应力,而将均布、线性分布的、原应属于峰值应力的分量划为P m(P L)或Q。在采用P m(P L)+P b+Q[3 [R]t进行校核时(不论要否疲劳分析,都要对这一强度范围进行校核),划为P m(P L)或Q的分量就加大了这一应力强度范围,从而使校核结果偏于保守。如以误划为P m(P L)、Q的峰值应力表示为P c m (P c L)、Q c,则其保守程度为[P m(P L)+P b+Q+P c m (P c L)、Q']/[P m(P L)+P b+Q]。以双向受R拉压平板上具有应力集中系数K=4的小圆孔或裂纹为例,由于总应力沿板厚基本上是均匀分布的,总应力K R中,P m=R,P b=0,Q=0,F=R(K-1),如将此沿壁厚均匀分布的峰值应力误划为P m,则其保守程度将达(P m+3P m)/P m=4,即增大了了三倍,应该说是保守了。当然,压力容器中并无只有开孔而无接管的类似结构,但是和拉伸平板上小圆孔或裂缝相类似的例子却有的是,如对接接头处的咬边、余高、棱角值或错边等等,只是一般情况下对这种地方设计人员都只按规范规定,遵守有关的偏差要求,不大会去进行详细的应力分析,也不大会去用三维有限元计算罢了。但在遇到偏差超标时就要关注这些点了。已见到由日本购进的某冷凝器,发现环向接头错边超标,担心出事,用三维有限元进行应力分析,仅将总应力中沿壁厚非线性分量划为峰值应力进行评定,导致在设计和水压试验工况不合格,而实际上该冷凝器已完好运行2年的报导就是一例[1],又见到几例用ANSYS、NASTRAN软件对已满足GB150、T B4732所规定等面积补强方法的开孔接管,仅将总应力中沿壁厚的非线性分量划为峰值应力进行评定,得出大部不合格的结果则又是一例[2]。 3自限性问题属于应力分析设计的ASMEⅧ-2,始终把材料、结构、设计计算(包括计算应力的方法和应力分类)、制造、检验、试验看作一个完整的整体,相互呼应,衔接、配合、协调,如改动其中任一者一定要注意是否会涉及到原与之相配合部分的脱节或矛盾。这里更 # 1 #

桩身应力测试分析报告

精心整理第一章工程概况

根据**院提供的岩土工程勘察报告，该场地工程地质条件如下：

三、检测桩位示意图四、钢筋应力计在桩身埋设位置示意图钢筋应力计在各试桩中位置示意图

二、测试设备及钢筋测力计的埋设 1、每桩钢筋应力计设置在各土层交界面处，每一个截面设2只钢筋测力计（基本呈180°对称布置），各钢筋应力计埋设截面的平、剖面图如前图； 2、JTM-V1000振弦式钢筋应力计采用焊接法固定在钢筋笼主筋上，并与桩身纵轴线平行；

3、连接在应力计的电缆线用柔性材料保护，绑扎在钢筋笼内侧并引至地面； 4、所有应力计均用明显标记编号； 5、仪器设备：检测仪器设备采用JTM-V1000振弦式钢筋应力计、JTM-V10B 型频率读数仪、集线箱等组成。三、测试原理 1位2ε c1j = εεs1j 3E cj 、E sj —砼弹性模量、钢筋弹性模量[E s 取2.0×108(kPa)] A cj 、A sj —同一截面处砼面积、钢筋总面积。 εcj 、εsj —同一截面处砼与钢筋的应变 4、钢筋应力计受力的计算公式： ) 2()(' 2 02 ----------------??=-?=Si Sij S i ij Sij A E F F k P ε

式中： P Sij —第i 量测截面处在j 级荷载下应力计所受轴向力（kN ） F ij —第i 量测截面处在j 级荷载下应力计的实测频率值(Hz) F i0—i 截面处钢筋应力计的初始频率值（Hz ） K A si ’—56f ij P ij —i A i 12、弦式钢筋应力计宜放在两种不同性质土层的界面处，以测量桩在不同土层中的分层摩阻力。在地面处(或以上)应设置一个测量断面作为钢筋应力计传感器标定断面。钢筋应力计埋设断面距桩顶和桩底的距离不宜小于1倍桩径。在同一断面处对称设置2个钢筋应力计。钢筋计应按主筋直径大小选择。仪器的可测频率范围应大于桩在最大加载时的频率的1.2倍； 3、使用前应对钢筋计逐个标定，得出压力(拉力)与频率之间的关系。带有接长 ) 3()(' -------------------------?= Si S Sij Sij A E P ε

含孔复合材料层板的力学性能研究

第２５卷２００６年第９期９月机械科学与技术ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤ７ＩＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶ０１．２５Ｎｏ．９ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２００６朱西平文章编号：１００３－８７２８（２００６）０９－１１２６ＪＤ４含孔复合材料层板的力学性能研究朱西平，毛坤，韩小平，岳珠峰（西北工业大学，西安７１００７２）摘要：对复合材料开口缝合补强结构进行了实验研究，测试了不同缝合参数（针距、行距、边距、单重和双重缝合）补强对含孔复合材料层板的破坏强度，研究了孔边应力集中和缝合补强对强度、模量等力学性能参数的影响，分析讨论了孔边及邻近区域应变集中及应变分布的规律，通过实验结果和分析讨论，对复合材料开口缝合补强结构提出合理的设计方法。关键词：含孔复合材料层板；缝合补强；应变集中；缝合参数中图分类号：ＴＢ３３文献标识码：ＡＡＳｔｕｄｙｏｆＵ舱ＭｅｃｌｌａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｍｅｓｏｆＣｏｍｐ嬲溉Ｌ锄疵ｍｔ姻稍ｎＩＩＩｏｌｅｓＺｈｕＸｉｐｉｎｇ，ＭａｏＫｕｎ，ＨａｎＸｉａｏｐｉｎｇ，ＹｕｅＺｈｕｆｅｎｇ（Ｎｏｎ｝１ｗｅｓｔｅｍＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓ毋，Ｘｉ’ａｎ７１００７２）Ａｂｓ仃ａｃｔ：ｎｅｐａｐｅｒｃａｒＴｉｅｄｏｕｔａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｆｓｔｉｔｃｈｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｆｏｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａＩＩｌｉｎａｔｅｓｗｉｍｈｏｌｅｓ．Ｔｈｅｄａｍａｑｇｅｔｏｓｔｉｔｃｈｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａｓｓｔｉｔｃｈｉｎｇｎｅｅｄｌｅｄｉｓｔａｎｃｅ，ＩＤｗｓｐａｃｅ，ｅｄｇｅｄｉｓ－ｔａｎｃｅ，ｓｉｎｄｅｓｔｉｔｃｈｉｎｇｏｒｄｏｕｂｌｅｓｔｉｔｃｈｉｎｇｔｏ出ｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌ锄ｉｎａｔｅｓｗａｓｔｅｓｔｅｄ．ＴｈｅｉｌｌｎｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｔＩ－ｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｎｅａｒｔｌｌｅｈｏｌｅｒｅｇｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｔｉｔｃｈｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｏｎｔｌｌｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｎｉｅｓｓｕｃｈａｓｓｔｒｅｎｇ山ａｎｄｍｏｄｕｌｕｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｌａｗｓｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａ—ｔｅｄａｎａｌｙｔｉｃａｌｌｙａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄａｄｉｓｔｉｎｃｔｅｆｆｂｃｔｏｆｓｔｉｔｃｈｉｎｇｒｅｉｎ—ｆｏｒｃｅｍｅｎｔｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｓｗｉ山ｈｏｌｅｓ，ｆｏｒｗｈｉｃｈａｒｅａｓｏｎａｂｌｅｄｅｓｉｇｎｍｅ山ｏｄｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＫｅｙｗＯｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｗｉｔ｝ｌｈｏｌｅｓ；ｓｔｉｔｃｈｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｓｎ．ｅｓｓｃｏｎｃｅｎ臼阻ｔｉｏｎ；ｓｔｉｔｃｈｉｎｇｐａ—ｒａｎｌｅｔｅｒ工程实际中，复合材料的应用日益增多，由于结构装配或功能方面的需求，常常需要在复合材料层板上打孔或开口，承载时这些局部区域引起的应力集中对复合材料结构的承载能力、使用寿命可能会产生严重影响。因此，研究复合材料层合结构的开口处应力集中问题，具有工程实际意义。Ｆｕ－Ｋｕｏｃｈａｎｇ和ＬａｒｒｙＢ．ｋｓｓａＩｄ¨“ｏ分别从理论分析、有限元数值计算和实验方面比较系统地研究了含孔洞层合板承受拉伸、压缩载荷时损伤、失效和破坏情况，提出一种损伤累积模型进行应力分析和破坏分析，并建立了噙孔洞层合板失效模型和破坏准则。ｋｉｆｃａｌｌｓｓｏｎ瞪３采用三维有限元方法研究含孑Ｌ层合板的层间应力和损伤，给出沿厚度方向的法向应力分布，计算结果表明，在铺层界面和自由收稿日期：２００５—０９—２８作者简介：朱西平（１９５７一），男（汉），陕西，副教授Ｅ—ｍａｉｌ：呷口甲＠Ｔｗ巾ｕ．ｅｄｕ．ｃｎ边缘上存在高的层间应力梯度。Ｄ．Ａｍｌａ和Ｍ．Ｌ．Ｍｃｃａｉｎ［６１对含孔石墨／环氧层合板实施拉伸实验，得到含孔拉伸试件的表观应力集中因子，并采用声发射监控试件的破坏过程。Ｈｗａｉ－ＣｈｌｌＩＩｇｗｌｌ和ＢｉｎＭｕ¨’基于正交各向异性含孔板的应力集中因子计算公式，推广应用到双向加载含孔板以及受轴向载荷或内压的含孔圆柱，结合有限元数值计算，讨论了结构尺寸及其它因素对应力集中的影响。王启智等睇“２１分别采用了半解析半经验方法和有限元数值计算方法，推导出拉伸正交各向异性有限宽板偏心圆孔的应力集中系数表达式、有限域中高精度应力集中系数表达式以及带圆孔的有限宽板的动态应力集中系数表达式。本文对复合材料开口缝合补强结构进行了实验研究，测试了不同缝合参数（针距、行距、边距、单重和双重缝合）补强的含孔复合材料层板的拉伸强度，研究了孔边应力集中和缝合补强对强度、模量等力学性能参数的影响，分析讨　万方数据

平面应力集中因素之分析

中华大学专题报告平面应力集中因素之分析Analysis of plane stress concentration factors 学系别：机械工程学系学号姓名：I10406051 陈智峰学号姓名：I10406052 林筠贵学号姓名：I10406055 胡水泉学号姓名：I10406046 陈毅指导教授：陈精一博士 2016年6月

中文摘要随着人类物质生活水平以及全球工业产品质量水准的提高，对于产品不仅仅只是在需求方面，更注重于产品的质量问题。而高水平制造出的工业产品，不仅体现在材料的性能上，也偏重于材料尺寸设计的最优化。运用计算机辅助分析软体所得出的结论进而判别是否符合设计标准，是提高工业产品生产效率和降低制造成本的关键。所以，对于一个高标准的产品来说，以合理化的尺寸设计来降低应力集中造成的结构破坏是提高产品制造水准的基础。而如何设计出合理化的产品尺寸，减少应力集中。就是吾人此次要探讨的问题之一——应力集中因素分析，本次研究采用单一变量法进行探讨材料的尺寸参数与应力集中因素的相关性，通过实验数据进行画图分析，再利用线性相关法进行处理并得出相关结论。关键词：应力集中因素材料合理化设计单一变量法 ABSTRACT With the level of human material life and the global industrial product quality standards, the product is not only in terms of demand, but also focus on the quality of products. And the high level of industrial products produced, not only reflected in the performance of the material, but also emphasis on the optimization of the material size design. So, for a high standard product, the reasonable size design is the basis of improving the level of product manufacturing. And how to design the reasonable size of the product. I this is to explore the problem of stress concentration factor, this study using a single variable method to explore the size parameters of the material and the relevance of stress concentration factors. Through experimental data for drawing analysis. Using the linear correlation method for processing and draws the related conclusion.

应力集中分析

应力集中与失效分析刘一华（合肥工业大学土木建筑工程学院工程力学系，安徽合肥 230009） 1 引言由于某种用途，在构件上需要开孔、沟槽、缺口、台阶等，在这些部位附近，因截面的急剧变化，将产生局部的高应力，其应力峰值远大于由基本公式算得的应力值。这种现象称为应力集中，引起应力集中的孔、沟槽、缺口、台阶等几何体称为应力集中因素[1]。因孔、沟槽、缺口、台阶等附近存在应力集中，从而，削弱了构件的强度，降低了构件的承载能力。应力集中处往往是构件破坏的起始点，应力集中是引起构件破坏的主要因素[2-9]。应力集中现象普遍存在于各种构件中，大部分构件的破坏事故是由应力集中引起的。因此，为了确保构件的安全使用，提高产品的质量和经济效益，必须科学地处理构件的应力集中问题。 2 产生应力集中的原因[1] 构件中产生应力集中的原因主要有： (1) 截面的急剧变化。如：构件中的油孔、键槽、缺口、台阶等。 (2) 受集中力作用。如：齿轮轮齿之间的接触点，火车车轮与钢轨的接触点等。 (3) 材料本身的不连续性。如材料中的夹杂、气孔等。 (4) 构件中由于装配、焊接、冷加工、磨削等而产生的裂纹。 (5) 构件在制造或装配过程中，由于强拉伸、冷加工、热处理、焊接等而引起的残余应力。这些残余应力叠加上工作应力后，有可能出现较大的应力集中。 (6) 构件在加工或运输中的Array意外碰伤和刮痕。 3 应力集中的物理解释[1] 对于受拉构件，当其中无裂纹时，构件中的应力流线是均匀分布的，如图1a所示；当其中有

一圆孔时，构件中的应力流线在圆孔附近高度密集，产生应力集中，但这种应力集中是局部的，在离开圆孔稍远处，应力流线又趋于均匀，如图1b 所示。 4 应力集中的弹性力学理论根据弹性力学理论，可以求得圆孔、裂纹尖端以及集中力附近的应力分布情况，分别如下： 4.1 圆孔边缘附近的应力[10] 圆孔附近A 点（图2）的应力为 ???????????? ??---=???????????? ??--+=???????????? ??-+=θθστθθσσθθσσ4sin 322sin 24cos 322cos 3224cos 322cos 2442222442222 442222r a r a r a r a r a r a r a r a r a xy y x (1) 式中a 为圆孔的半径。由(1)式可见，在孔边a r =、0=θ处，σσ3=y 。 4.2 裂纹尖端附近的应力[11] I 型裂纹尖端A 附近（图3）的应力为 ??? ??-=23sin 2sin 12cos 2I θθθπσr K x ?? ? ??+=23sin 2sin 12cos 2I θθθπσr K y (2) 23cos 2sin 2cos 2I θ θ θ πτr K xy = 式中I K 称为I 型裂纹的应力强度因子，它是裂纹尖端应力强度的度量，与载荷的大小、构件与裂纹的尺寸与形状有关，对于无限大板，a K πσ=I 。 (2)式表明，裂纹尖端附近的应力与r /1成比例，即当0→r 时，x σ、y σ、 ∞→xy τ。

基于元ANS的压力容器应力分析报告

压力容器分析报告

目录 1 设计分析依据 0 1.1 设计参数 0 1.2 计算及评定条件 0 1.3 材料性能参数 0 2 结构有限元分析 (1) 2.1 理论基础 (1) 2.2 有限元模型 (1) 2.3 划分网格 (1) 2.4 边界条件 (2) 3 应力分析及评定 (2) 3.1 应力分析 (2) 3.2 应力强度校核 (2) 4 分析结论 (3) 4.1 上封头接头外侧 (4) 4.2 上封头接头内侧 (5) 4.3 上封头壁厚 (7) 4.4 筒体上 (9) 4.5 筒体左 (10) 4.6 下封头接着外侧 (12) 4.7 下封头壁厚 (14)

1 设计分析依据（1）压力容器安全技术监察规程（2）JB4732-1995 《钢制压力容器-分析设计标准》-2005确认版 1.1 设计参数表1 设备基本设计参数 1.2 计算及评定条件（1）静强度计算条件表2 设备载荷参数载荷进行计算，故采用设计载荷进行强度分析结果是偏安全的。 1.3 材料性能参数材料性能参数见表3，其中弹性模型取自JB4732-95表G-5，泊松比根据JB4732-95的公式（5-1）计算得到，设计应力强度分别根据JB4732-95的表6-2、表6-4、表6-6确定。表3 材料性能参数性能

2 结构有限元分析 2.1 理论基础传统的压力容器标准与规范，一般属于“常规设计”，以弹性失效准则为理论基础，由材料力学方法或经验得到较为简单的适合于工程应用的计算公式，求出容器在载荷作用下的最大主应力，将其限制在许用值以内，即可确认容器的壁厚。对容器局部区域的应力、高应力区的应力不做精细计算，以具体的结构形式限制，在计算公式中引入适当的系数或降低许用应力等方法予以控制，这是一种以弹性失效准则为基础，按最大主应力理论，以长期实践经验为依据而建立的一类标准。塑性理论指出，由于弹性应力分析求得的各类名义应力对结构破坏的危险性是不同的，随着工艺条件的苛刻和容器的大型化，常规设计标准已经不能满足要求，尤其是在应力集中区域。若不考虑应力集中而只按照简化公式进行设计，不是为安全而过分浪费材料就是安全系数不够。基于各方面的考虑，产生了“分析设计”这种理念。采用以极限载荷、安定载荷和疲劳寿命为界限的“塑性失效”与“弹性失效”相结合的“弹塑性失效”准则，要求对容器所需部位的应力做详细的分析，根据产生应力的原因及应力是否有自限性，分为三类共五种，即一次总体薄膜应力( Pm) 、一次局部薄膜应力( Pc) 、一次弯曲应力( Pb) 、二次应力( Q) 和峰值应力( F) 。对于压力容器的应力分析，重要的是得到应力沿壁厚的分布规律及大小，可采用沿壁厚方向的“校核线”来代替校核截面。而基于弹性力学理论的有限元分析方法，是一种对结构进行离散化后再求解的方法，为了获得所选“校核线”上的应力分布规律及大小，就必须对节点上的应力值进行后处理，即应力分类，根据对所选“校核线”上的应力进行分类，得出各类应力的值，若满足强度要求，则所设计容器是安全的。按照JB4732-1995进行分析，整个计算采用ANSYS13.0软件，建立有限元模型，对设备进行强度应力分析。 2.2 有限元模型由于主要关心容器开孔处的应力分布规律及大小，为减少计算量，只取开孔处作为分析对象，且取其中较为关心的大孔进行分析校核。分析设计所用的几何模型如图1所示。在上下封头和筒体之间存在不连续的壁厚，由于差距和影响量较小，此处统一采用上下封头的设计厚度。图1 压力容器模型 2.3 划分网格在结构的应力分析中，采用ANSYS13.0中的solid187单元进行六面体划分，如图2所示。图3~图5

复合材料整体成型关键技术现状分析研究

复合材料整体成型关键技术现状分析研究摘要：复合材料具有减轻结构重量，适合整体成型，提升结构安全性，降低生产成本等诸多优势，目前复合材料已经成为航空工业的研究热点，未来航空市场的竞争，很大一部分也是先进复合材料应用的竞争，目前在这块市场上，我国的基础实力较为薄弱，而发达国家对于先进的复合材料技术对我国高度保密，因此充分利用专利信息，研究复合材料整体成型技术的发展现状具有非常重要的意义。本文从专利的角度对航空复合材料整体成型技术的应用进行了分析，并从几个关键技术点上进行重点专利分析，以期能给复合材料的研发应用提供指导。关键词：复合材料自动铺放液态成型热压罐真空袋挤压成型中图分类号：tb33 文献标识码：a 文章编号： 1674-098x(2011)12(a)-0000-00 复合材料整体成型技术正广泛的应用在航空航天及其他技术领域，由于复合材料的整体成型具有降低制造成本，减轻结构重量，提升航天器的经济环保性等诸多优点。飞机上的复合材料使用量已经成为衡量其先进性的重要标准[1]。飞机设计领域向来有为减轻每1g重量而奋斗的原则，因此发展复合材料成型技术的符合民机技术发展的趋势，也反映了目前低碳节能，绿色环保的飞机设计理念的要求。

目前如空客公司的a350，波音公司的b787的复合材料的用量已经达到了50%。当前各国都将先进复合材料制造技术作为研发重点，而从“产品未动，专利先行”的角度出发，大量复合材料技术都可以在专利文献中找到，因此积极利用专利信息开展现状分析，挖掘具有借鉴价值的专利具有十分积极的意义。 1复材整体成型技术发展概况现代先进复合材料起源于20世纪60年代，70年代复合材料开始应用在飞机结构上，复合材料的加入对飞机结构轻质化、模块化起着中重要的作用。近年来先进复合材料在现代飞机上的用量不断扩大，已经成为铝，钢、钛之外的第四大航空结构材料[2]。复合材料整体成型技术经过了几个阶段的发展，已经逐渐从次承力件过度到主承力件，波音空客两大民机巨头在民机市场竞争日趋激烈，在复合材料方面也不断抢占技术制高点，推出的机型中无一不把提高复合材料用量作为经济性，先进性的象征性指标。从专利领域来看，近几年两大航空企业的复合材料相关专利的申请量也在不断剧增，波音公司凭借其一直以来在复合材料应用领域的雄厚基础，申请了大量极具技术价值的基础专利，同时针对这些基础专利不断进行改进形成新的专利申请。空客公司作为后起竞争者凭借欧洲航空工业在复材领域的雄厚基础，不断进行大胆创新，在该领域申请的大量的专利也大有后来居上的态势。可见现代民机企业都在不遗余力的提升复合材料的研发力度。当前复合材料的成型技术主要包括真空袋-热压罐成型技术，自

ANSYS静力学分析APDL建模实例-应力集中

计算分析模型如图所示, 习题文件名: scf 材料参数：E=205GPa, v = 0.3 力载：4500N 注意单位的一致性：使用N, mm, MPa单位制建模教程在ANSYS工作文件夹新建“stress concentration factor”目录，以存放模型文件。注意定期保存文件，注意不可误操作，一旦误操作，不可撤销。 1.1 进入ANSYS 开始→程序→ANSYS 14.5→Mechanical APDL Product Launcher14.5→然后在弹出的启动界面输入相应的working directory及文件名scf 如通过Mechanical APDL 14.5进入，则进入预设的working directory working directory必须设置在电脑最后一个分区（因为教学用电脑只有最后一个分区不受系统保护）至此ANSYS静力学分析模块启动，ANSYS在“stress concentration factor”目录下自动创建了.log、.err等必要的文件。 2.2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Struct ural → OK 2.3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4 node 182 →OK (back to Element Types window)→

Options… →select K3: Plane Strs w/thk →OK→Close (the Element Type window) 2.4定义实常数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants →Add/Edit/Delete →Add →OK

CAE应力集中问题的考察

应力集中问题的考察---无倒角情况前面考察了一个应力集中的问题。算例表明，当台肩处没有倒角时，在台肩处存在应力集中，且用有限元无法得到真实的应力解。这里再考察一个类似的例子如下图。该结构左边固定，而在下面直线上施加竖直向下的分布力系，现在逐渐加密网格，考察台肩处应力值的改变。（1）使用5mm的单元尺寸对该面进行网格划分得到的有限元模型如下计算结束后，绘制该面的米塞斯应力云图如下，此时，固定端的上下边沿显现出最大值。（2）使用2mm的单元尺寸对该面进行网格划分得到的有限元模型如下

计算结束后，绘制该面的米塞斯应力云图如下，此时，固定端的上下边沿显现出最大值，但应力值上升。（3）使用1mm的单元尺寸对该面进行网格划分得到的有限元模型如下计算结束后，绘制该面的米塞斯应力云图如下，此时，应力最大值点已经转移到台肩处，应力大幅度增加。（4）继续使用1mm的单元尺寸对该面进行网格划分，但是对上述应力最大值点局部加密网格。得到的有限元模型如下

计算结束后，绘制该面的米塞斯应力云图如下，此时，应力最大值点仍旧在台肩处，应力暴增。（5）继续使用1mm的单元尺寸对该面进行网格划分，但是对上述应力最大值点局部加密网格第二次。得到的有限元模型如下计算结束后，绘制该面的米塞斯应力云图如下，此时，应力最大值点仍旧在台肩处，应力继续暴增。 5）继续使用1mm的单元尺寸对该面进行网格划分，但是对上述应力最大值点局部加密网格第三次。得到的有限元模型如下

计算结束后，绘制该面的米塞斯应力云图如下，此时，应力最大值点仍旧在台肩处，应力以几倍的速度上升，结果已经毫无意义。【评论】 ?有限元软件无法计算尖锐转角处的应力。 ?CAE分析中，如果我们得到的模型中存在尖锐转角，那么一定要高度警惕，需要仔细询问该模型是否已经经过了简化。 ?如果我们得到了一个尖锐转角的模型，而又确信该处并非我们所关注的地方，那么在计算时，就不要对此处加密网格，而只是在我们所关心的地方加密网格。 ?如果我们得到的是有倒角的模型，那么当我们对之做简化而删去倒角时，一定要谨慎。这可能会导致计算中的应力无限增大，此时我们会得到虚假的结果，从而导致误判。应力集中问题的考察--倒斜角情况前面两篇文章考察了没有倒角情况下的应力集中问题。结果表明，当没有倒角时，台肩处应力会无限增大，因此有限元无法计算此处的应力。在机械零件中，经常使用倒斜角的情况，那么，有限元软件能够对此处的应力进行正确计算吗？我们使用了一个例子如下。该轴是一个阶梯轴，在截面变化处有一个45度的斜角。该轴的左端面固定，而右端面施加1MPa的分布拉伸载荷，现在我们考察轴肩处的应力情况。

压力容器应力分析报告模板

目录前言 (3) 1 设计参数 (4) 1.1 基本设计参数 (4) 1.2 设备简图 (5) 1.3 管口载荷参数 (6) 1.4 主要材料参数 (7) 2 分析步骤 (7) 2.1 主体受压元件 (8) 2.2 上封头组件 (9) 2.3 下锥壳组件 (16) 2.4 容器法兰 (21) 3 分析结果及应力评定 (23) 3.1 上封头组件 (23) 3.2 下锥壳组件 (28) 4 疲劳评定 (32) 4.1 交变载荷状态下应力分布云图 (32) 4.2 疲劳评定 (34) 5 结论 (36)

前言本分析报告仅适用于xxxx，分析采用ANSYS软件，材料、应力分类及评定按JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》（2005年确认）执行。本分析报告中所有分析模型均取自“XXX”施工图（图号：XXXX）。模型结构为连续结构，要求模型中所对应的焊接接头结构为全熔透结构形式。说明： 1、风载荷及地震载荷引起的应力强度变化很小，可不考虑； 2、S IV应由操作载荷计算得到，本分析报告按设计载荷计算求得，结果偏于保守（安全）； 3、S IV控制值3S m t中的S m t应取工作载荷中最高、最低温度下的平均值，本分析报告中S m t按设计温度下取值，结果偏于保守（安全）; 4、筒体和椭圆封头厚度在2.1节按JB4732第7章的公式计算，所以在应力分析部分S I值不必再评定； 5、水压试验时容器任何点的液柱静压力未超过试验压力的6%，该容器可不进行水压试验时的强度校核；水压试验次数（20次）远小于正常操作时的设计循环次数（4.4×106），因此可省略水压试验的疲劳分析评定。

8章应力分析·强度理论

材料力学 ·170 · 第8章应力分析·强度理论 8.1 概述前面几章中，分别讨论了轴向拉伸与压缩、扭转和弯曲等几种基本变形构件横截面上的应力，并根据相应的实验结果，建立了危险点处只有正应力或只有切应力时的强度条件 []max σσ≤或[]max ττ≤ 式中：max σ或max τ为构件工作时最大的应力，由相关的应力公式计算；[]σ或[]τ为材料的许用应力，它是通过直接实验（如轴向拉伸或纯扭），测得材料相应的极限应力，再除以安全因数获得的，没有考虑材料失效的原因。这些强度条件的共同特点是：其一，危险截面的危险点只有正应力或只有切应力作用；其二，都是通过实验直接确定失效时的极限应力。上述强度条件对于分析复杂情形下的强度问题是远远不够的。例如，仅仅根据横截面上的应力，不能分析为什么低碳钢试样拉伸至屈服时，表面会出现与轴线成45°角的滑移线；也不能分析铸铁圆试样扭转时，为什么沿45°螺旋面断开；根据横截面上的应力分析和相应的实验结果，不能直接建立既有正应力又有切应力存在时的强度条件。实际工程中，构件受力可能非常复杂，从而使得受力构件内截面上一点处往往既有正应力，又有切应力。对于这些复杂的受力情况，一方面要研究通过构件内某点各个不同方位截面上的应力变化规律，从而确定该点处的最大正应力和最大切应力及其所在的截面方位；另一方面需要研究材料破坏的规律，找出材料破坏的共同因素，通过实验确定这一共同因素的极限值，从而建立相应的强度条件。本章主要研究受力构件内一点的应力状态，应力与应变之间的关系（广义胡克定律）以及关于材料破坏规律的强度理论，从而为在各种应力状态下的强度计算提供必要的理论基础。 8.2 一点的应力状态·应力状态分类受力构件内一点处不同截面上应力的集合，称为一点的应力状态。为了描述一点的应力状态，在一般情况下，总是围绕这点截取一个3对面互相垂直且边长充分小的正六面体，这一六面体称为单元体。当受力构件处于平衡状态时，从构件内截取的单元体也是平衡的，单元体的任何一个局部也必是平衡的。所以，当单元体3对面上的应力已知，就可以根据截面法求出通过该点的任一斜截面上的应力情况。因此，通过单元体及其3对互相垂直面上的应力，可以描述一点的应力状态。为了确定一点的应力状态，需要先确定代表这一点的单元体的6个面上的应力。为此，在单元体的截取时，应尽量使其各面上应力容易求得。

应力集中的分析

1.应力集中的现象及概念材料在交变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏。通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时，破坏就可能发生。另外材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大，这种现象称为应力集中。对于组织均匀的脆性材料，应力集中将大大降低构件的强度，这在构件的设计时应特别注意。承受轴向拉伸、压缩的构件，只有在寓加力区域稍远且横截面尺寸又无急剧变化的区域内，横截面上的应力才是均匀分布的。然而工程中由于实际需要，某些零件常有切口、切槽、螺纹等，因而使杆件上的横截面尺寸发生突然改变，这时，横截面上的应力不再均匀分布，这已为理论和试验所证实。如图 2-31[a] 所示的带圆孔的板条，使其承受轴向拉伸。由试验结果可知 : 在圆孔附近的局部区域内，应力急剧增大，而在离开这一区域稍远处，应力迅速减小而趋于均匀( 图 2 — 31[b]) 。这种由于截面尺寸突然改变而引起的应力局部增大的现象称为应力集中。在 I — I 截面上，孔边最大应力与同一截面上的平均应力之比，用表示称为理论应力集中系数，它反映了应力集中的程度，是一个大于 1 的系数。而且试验结果还表明 : 截面尺寸改变愈剧烈，应力集中系数就愈大。因此，零件上应尽量避免带尖角的孔或槽，在阶梯杆截面的突变处要用圆弧过渡。

在静荷作用下，各种材料对应力集中的敏感程度是不相同的。像低碳钢那样的塑性材料具有屈服阶段，当孔边附近的最大应力达到屈服极限时，该处材料首先屈服，应力暂时不再增大。如外力继续增加，增加的应力就由截面上尚未屈服的材料所承担，使截面上其它点的应力相继增大到屈服极限，该截面上的应力逐渐趋于平均，如图2-32 所示。因此，用塑性材料制作的零件，在静荷作用下可以不考虑应力集中的影响。而对于组织均匀的脆性材料，因材料不存在屈服，当孔边最大应力的值达到材料的强度极限时，该处首先断裂。因此用脆性材料制作的零件，应力集中将大大降低构件的强度，其危害是严重的。这样，即使在静载荷作用下一般也应考虑应力集中对材料承载能力的影响。然而，对于组织不均匀的脆性材料，如铸铁，其内部组织的不均匀性和缺陷，往往是产生应力集中的主要因素，而截面形状改变引起的应力集中就可能成为次要的了，它对构件承载能力不一定会造成明显的影响。要想搞明白这个问题，我想先要搞明白什么是荷载力、什么是应力？简单地来说荷载力来源于动力源作用于工作终端，其力的大小为工作终端负荷加传动损耗，而应力则是由材料内部的分子发生错位（部分分子受拉力或热力作用其分子链被拉长、而有些分子则受压缩力或冷凝力的作用其分子被压缩，同时这两种变形的分子又相互作用在其过渡区域就会受两种作用力的影响，分子链也会受到破坏产生裂纹）而产生的作用力。人们在生产实践中发现材料在受力情况下都会发生变形，其变形量与受力的大小及受力的区城大小有关，卸载后的剩余应力与局剖的变形量成正比，对台阶轴而言若不加任何措施、由于作用区域小其作用力仅在轴的圆周面上产生作用，轴芯部分并不受力，这种现象本人称它为集肤效应。因此此时的轴肩处的圆周面受到剪切变形，分子链相继受到破坏并向轴芯延伸最终导至轴颈断裂。若在轴肩处采用圆弧过度等措施，相对来说增加了作用区域（两作用力之间的距离增加，材料所允许的扭转角度就变大，随着轴的扭转角度的增加使得轴芯部分有更多的分子链来参加传递动力，这样每个分子链的负荷也就变小很多，轴的寿命也得以延长，值得注意的是这并不意味着此轴可永久使用，因为材料在受力的情况下都会受损，只不过程度不同，程度大的寿命短、程度小的寿命长，这也就是人们常说的疲劳寿命。现在再来解释过盈配合为什么在边缘处产生应力集中？因为是过盈，所以内外圈在接触表面都要产生变形，而不接触的其它表面不会变形。这样接触面区域是压应力，而在接触边缘处轴的材料必然出现拉应力以阻止轮毂边缘和接触区外的材料进一步变形。但配合面的母线是直线，在外力作用下必然要产生相同的变形量，为了协

应力集中与失效分析

应力集中与失效分析一、引言由于构造和使用等方面的需要，往往需要在构件上开孔、沟槽、缺口、台阶等，然而，在这些部位附近，因截面尺寸的急剧变化，将产生局部的高应力，其应力峰值远大于由基本公式算得的应力值。这种受力构件由于外界因素或自身因素几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象称为应力集中，引起应力集中的孔、沟槽、缺口、台阶等几何体称为应力集中因素。应力集中削弱了构件的强度，降低了构件的承载能力。从而，应力集中处往往是构件破坏的起始点，是引起构件破坏的主要因素。该现象普遍存在于各种构件中，大部分构件的破坏事故都是由应力集中引起的。因此，为了确保构件的安全使用，提高产品的质量和经济效益，必须科学地处理构件的应力集中问题。二、产生应力集中的原因构件中产生应力集中的原因主要有： (1) 截面尺寸的急剧变化。如：构件中的油孔、键槽、缺口、台阶等。 (2) 构件受到集中力作用。如：齿轮轮齿之间的接触点，火车车轮与钢轨的接触点等。 (3) 材料本身的不连续性。如材料中的夹杂、气孔等。 (4) 构件中由于装配、焊接、冷加工、磨削等而产生的裂纹。 (5) 构件在制造或装配过程中，由于强拉伸、冷加工、热处理、焊接等而引起的残余应力。这些残余应力叠加上工作应力后，有可能出现较大的应力集中。 (6) 构件在加工或运输中的意外碰伤和刮痕。三、应力集中的物理解释如图，在构件的中间开孔拉杆，故在外力作用下，部件中尺寸发生突然变化的截面上的应力并不是均匀分布的，在圆孔边缘的应力明显大于截面上的平均应力。应力集中的程度可以用理论应力集中系数表示：式中，为截面上的最大局部应力；为名义应力，即认为应力在截面上均匀分布而求得的力。设图中的板宽为b，圆孔直径为d，厚度为，则可以由弹性理论或试验等方法确定。试验结果表明，截面尺寸改变的越急剧，角

有限元分析报告样本

《有限元分析》报告基本要求： 1. 以个人为单位完成有限元分析计算，并将计算结果上交；（不允许出现相同的分析模型，如相同两人均为不及格） 2. 以个人为单位撰写计算分析报告； 3. 按下列模板格式完成分析报告； 4. 计算结果要求提交电子版，报告要求提交电子版和纸质版。（以上文字在报告中可删除）《有限元分析》报告一、问题描述（要求：应结合图对问题进行详细描述，同时应清楚阐述所研究问题的受力状况和约束情况。图应清楚、明晰，且有必要的尺寸数据。）一个平面刚架右端固定，在左端施加一个y 方向的-3000N 的力P1，中间施加一个Y 方向的-1000N 的力P2，试以静力来分析，求解各接点的位移。已知组成刚架的各梁除梁长外，其余的几何特性相同。横截面积：A=0.0072 m2 横截高度：H=0.42m 惯性矩：I=0.0021028m4ｘ弹性模量： E=2.06ｘ10n/ m2/ 泊松比：u=0.3 二、数学模型（要求：针对问题描述给出相应的数学模型，应包含示意图，示意图中应有必要的尺寸数据；如进行了简化等处理，此处还应给出文字说明。）（此图仅为例题）

三、有限元建模（具体步骤以自己实际分析过程为主，需截图操作过程）用ANSYS 分析平面刚架 1．设定分析模块选择菜单路径：MainMenu—preference 弹出“PRreferences for GUI Filtering”对话框，如图示，在对话框中选取：Structural”,单击[OK]按钮，完成选择。 2．选择单元类型并定义单元的实常数（1）新建单元类型并定（2）定义单元的实常数在”Real Constants for BEAM3”对话框的AREA中输入“0。0072”在IZZ 中输入“0。0002108”，在HEIGHT中输入“0.42”。其他的3个常数不定义。单击[OK]按钮，完成选择 3．定义材料属性在”Define Material Model Behavier”对话框的”Material Models Available”中，依次双击“Structural→Linear→Elastic→Isotropic”如图

复合材料结构

复合材料结构设计的特点 (1) 复合材料既是一种材料又是一种结构 (2) 复合材料具有可设计性 (3) 复合材料结构设计包含材料设计复合材料区别于传统材料的根本特点之一可设计性好（设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求，对结构设计的同时对材料本身进行设计）具体体现在两个方面1力学设计——给制品一定的强度和刚度、2功能设计——给制品除力学性能外的其他性能复合材料力学性能的特点 (1) 各向异性性能材料弹性主方向：模量较大的一个主方向称为纵向，用字母L表示，与其垂直的另一主方向称为横向，用字母T表示。通常的各向同性材料中，表达材料弹 )和ν(泊松比)或剪切弹性模量G。对于复合材料中的每个单层，纵向弹性模量E L、横向弹性模量E T、纵向泊松比νL (或横向泊松比νT)、面内剪切弹性模量G LT。耦合现象：拉剪耦合与剪拉耦合、弯扭耦合与扭弯耦合 (2) 非均质性耦合变形：层合结构复合材料在一种外力作用下，除了引起本身的基本变形外，还可能引起其他基本变形。 (3)层间强度低在结构设计时，应尽量减小层间应力，或采取某些构造措施，以避免层间分层破坏。研究复合材料的刚度和强度时，基本假设： (1) 假设层合板是连续的。由于连续性假设，使数学分析中的一些连续性概念、极限概念以及微积分等数学工具都能应用于力学分析中。 (2）假设单向层合板是均匀的，多向层合板是分段均匀的。 (3) 假设限于单向层合板是正交各向异性的：即认为单向层合板具有两个相互垂直的弹性对称面。 (4) 假设限于层合板是线弹性的：即认为层合板在外力作用下产生的变形与外力成正比关系，且当外力移去后，层合板能够完全恢复其原来形状。 (5) 假设层合板的变形是很小的。上述五个基本假设，只有多向层合板的分段均匀性假设和单向层合板的正交各向异性假设，与材料力学中的均匀性假设和各向同性假设有区别。平面应力状态与平面应变状态平面应力状态：单元体有一对平面上的应力等于0。（σz＝0，τzx＝0，τzy ＝0）平面应变状态（平面位移）：εz＝0（即ω＝0），τzx＝0(γ31＝0)，τzy ＝0(γ32＝0 )， σz一般不等于0。复合材料连接方式复合材料连接方式主要分为两大类：胶接连接与机械连接。胶接连接：受力不大的薄壁结构，尤其是复合材料结构；机械连接：连接构件较厚、受力大的结构。