超高压不锈钢弯管的弹塑性应力分布

1. 有限元模型和约束条件及载荷的施加

  下面按照在超高压装置中常用的规格为 Dxt=78mm×22mm,R=3D的超高压弯管进行弹塑性应力分布规律的有限元分析。其有限元模型的建立方法和弯管的塑性极限载荷的分析完全一致，通过下面的命令流施加载荷，可以计算出不锈钢弯管的弹塑性应力。其载荷命令流如下：

2. 超高压弯管的塑性有限元术解结果

 1-1截面上ABCDEF各点和直管内、外壁面在各载荷步作用下的周向应力和 Von Mises 等效应力分别如表 2-3和表2-4 所示。1-1 截面上ABCDEF 各点的 Von Mises 等效应力随内压力的不同而变化的曲线如图2-21所示，内压作用下E、F点和直管内、外壁面的 Von Mises等效应力变化曲线如图2-22所示，内压作用下E、F点和直管内、外壁面的周向应力变化曲线如图2-23。

 3. 塑性区的应力分布规律

  从表2-4和图2-21可以看出在相同的载荷作用下E点的Von Mises等效应力大于B点而小于C点；F点的Von Mises等效应力大于A点而小于D点，这说明在弯管的内壁，内侧的应力大于外侧，而在内侧和外侧之间的部分，其应力的大小也介于它们之间。从表2-3、2-4和图2-22、2-23中可以看出在相同的内压作用下，中心线处E点和F点的周向应力和Von Mises等效应力分别与直管内、外壁面的周向应力和Von Mises等效应力极其接近。从表2-4还可以看出，在载荷达到790MPa时，C点的 Von Mises 等效应力为954.6 MPa,已经超过了材料的强度极限，而且在D点的Von Mises等效应力为809.6 MPa,已经超过材料的屈服极限，这说明弯管的内侧器壁已经完全屈服。如果作用790 MPa的内压则C点将率先破坏，这也说明C点是弯管结构的危险点。而在载荷为786MPa时，C点有最大的Von Mises等效应力为949.8 MPa,构件各个位置上的 Von Mises等效应力均未达到材料的强度极限，故可以认为786 MPa的工作内压为该弯管的极限工作内压。

  图2-24给出了在不同载荷作用下1-1截面上的Von Mises等效应力切片云图，可以明显地看出弯管的内侧应力高于外侧，并最先达到屈服和极限强度。在弯管达到极限载荷时CD线上的 Von Mises等效应力分布规律如图 2-25所示。