统一强度理论在厚壁圆筒自增强中的应用

采用统一强度理论分析了厚壁圆筒自增强中的一些关键问题,得出了非自增强厚壁圆筒弹性极限载荷和塑性极限载荷的统一解的形式,以及弹塑性界面上当量应力最小时的弹塑性界面半径,并导出了当材料拉、压强度不同,及考虑中间主应力的情况下,自增强处理不发生反向屈服时的圆筒径比。另外,利用统一强度理论公式比较了现有的几种强度理论在自增强分析中所得的结果。     

基于三剪统一强度准则的厚壁圆筒自增强分析

基于三剪统一强度准则,考虑材料应变强化效应、包辛格效应、拉压异性及中间主应力的影响,采用双线性强化材料模型对厚壁圆筒进行自增强分析,得到了厚壁圆筒加载应力、残余应力和工作应力的解析解,提出了最佳自增强压力的计算方法,探讨了拉压比、强度准则变化参数的影响,比较了自增强处理和非自增强处理及双线性强化模型和理想弹塑性模型厚壁圆筒的应力分布差异。研究结果表明：厚壁圆筒的最佳自增强压力随半径比和强度准则参数的增大而增大;工作时的最大等效应力随半径比和强度理论参数的增大而减小,随拉压比的增大而增大;自增强等效应力的最大值在弹塑性分界面处,且应力沿壁厚的分布较均匀;与理想弹塑性模型相比,双线性强化模型所对应的弹塑性分界面半径和残余应力较小,且随着自增强压力的增大,两种模型的差值越来越大;等效应力随半径比的变化规律可为厚壁圆筒选择合理的壁厚提供一定的参考;自增强技术可改善厚壁圆筒工作时的实际应力分布,提高其极限承载能力。     

拉压强度不同材料厚壁球壳的安定性分析

对拉压强度不同材料厚壁球壳进行了安定分析，得出了球壳加载应力场、残余应力场及安定极限的解析解，所得的解能反映材料拉压强度差效应。最后，利用所得的解研究了材料拉压强度差效应对球壳安定极限的影响，结果表明，考虑材料拉压强度差效应时球壳安定极限将明显提高。     

用统一强度理论和统一滑移线场理论求解某些塑性平面应变问题

采用俞茂宏统一强度理论和统一滑移线场理论分析了高压厚壁圆筒的极限载荷,得出了统一解形式,常用的Ｔｒｅｓｃａ、Ｍｉｓｅｓ、Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍ ｂ 和双剪强度理论解等均为特例,利用此解可以合理地得出不同材料的相应解,它既可以适用于拉压强度相等的材料,也可以适用于拉压强度不相等的材料,并且能充分发挥材料性能,从而减轻结构重量,取得多方面的效益。     

环形板的塑性极限统一解

采用统一强度理论求出了环形板的塑性极限荷载，内力场及速度场的统一解，得出不同参数b值及材料的拉压比α对极限荷载的影响曲线。所给出的解可以灵活使用于各种性能的材料，可以充分反映材料的SD效应及中间主应力效应。文献中已有的Tresca解、Mises解、双剪应力屈服准则解以及双剪统一屈服准则均为本文的特例。     

金属板材成形应力统一解

为了弄清材料拉压强度不相等时板材成形问题的应力解答和最大截面缩减率,根据统一强度理论,对金属板材成形问题进行分析,得出考虑中间主切应力影响和材料拉压比影响的金属板材成形应力统一解,以及反映最大截面缩减率与拉压比和中间主切应力参与系数之间关系的统一解,给出韧性金属板材成形最大截面缩减率可能的取值域.分析过程中引入一个反映金属板材拉制和压制工艺的系数,将金属板材成形问题的拉制解和压制解统一起来.当材料拉压强度相同时,金属板材成形应力统一强度理论解退化为金属板材成形应力统一屈服准则解,金属板材成形应力的Mises解是金属板材成形应力统一屈服准则解的特例.     

金属斜板极限载荷的统一解析解

用统一屈服准则(俞茂宏,1991)对斜板进行塑性极限分析,得到斜板的统一极限载荷解析式。从而得到一系列从单剪屈服准则(特雷斯卡,1864)到三剪屈服准则(米泽斯,1913)再到双剪屈服准则(俞茂宏,1961)的各种斜板的极限载荷,并得到矩形板和菱形板的极限均布载荷p随不同屈服准则的变化曲线,文献中已有的解均为统一解析解的特例。本文得到一系列有规则变化的新的解析解,可以适合于各种拉压强度相同的材料以及从方板、矩形板到不同角度的各种斜形板。它的工程应用可以得到显著的经济效益。     

基于三剪统一屈服准则受内压弯管塑性极限载荷分析

在变壁厚椭圆截面弯管应力分析的基础上,运用三剪统一屈服准则,对承受内压作用的弯管进行了极限载荷分析,推导出考虑弯管截面壁厚变化和弯管椭圆度的变壁厚椭圆弯管的塑性极限压力统一解析解。弯管的极限载荷随着弯管壁厚和弯管椭圆度的不同而变化。     

含整圈周向内裂纹厚壁圆筒的极限载荷

基于von Mises屈服准则,考虑厚壁圆筒三向应力分布的不均匀性以及厚壁圆筒的几何特性,推导出了含整圈环向内裂纹厚壁圆筒在内压和轴向力共同作用下的理想弹塑性材料极限载荷表达式,并进行了有限元验证。结果表明,理论解与有限元结果接近,且理论解偏保守。     

井筒在孔隙压力和渗流作用下的统一极限分析

采用统一强度理论,考虑井筒周围岩石的孔隙压力和渗流作用,对井筒进行弹塑性分析,求出保持井壁稳定的弹性极限载荷和塑性极限载荷的统一解析式。以往基于Mohr-Coulomb强度理论和双剪强度理论的解均为该解的特例。所得的统一解可以用于适合不同强度理论的各类岩石材料的极限分析。     

Shakedown Criterion Employing Actual Residual Stress Field and Its Application in Numerical Shakedown Analysis

Construction of the static admissible residual stress field and searching the optimal field are key tasks in the shakedown analysis methods applying the static theorem. These methods always meet dimension obstacles when dealing with complex problems. In this paper, a novel shakedown criterion is proposed employing actual residual stress field based on the static shakedown theorem. The actual residual stress field used here is produced under a specified load path, which is a sequence of proportional loading and unloading from zero to all the vertices of the given load domain. This ensures that the shakedown behavior in the whole load domain can be determined based on the theorem proposed by K?nig. The shakedown criterion is then implemented in numerical shakedown analysis. The actual residual stress fields are calculated by incremental finite element elastic-plastic analysis technique for finite deformation under the specified load path with different load levels. The shakedown behavior and the shakedown limit load are determined according to the proposed criterion. The validation of the criterion is performed by a benchmark shakedown example, which is a square plate with a central hole under biaxial loading. The results are consistent with existing results in the literatures and are validated by full cyclic elastic-plastic finite element analysis. The numerical shakedown analysis applying the proposed criterion avoids processing dimension obstacles and performing full cyclic elastic-plastic analysis under arbitrary load paths which should be accounted for appearing. The effect of material model and geometric changes on shakedown behavior can be considered conveniently.     

Plastic limit analyses of circular plates with respect to unified yield criterion

Plastic limit analysis of a circular plate under uniform transverse loading is presented in terms of an unified yield criterion (UYC). Exact and unified solutions of load-carrying capacities, moment fields and velocity fields for simply supported circular plate, clamped circular plate and annular plate in plastic limit state are derived. Moment fields of the three typical circular plates correspond to different distribution fields on the yield curves. Maximum and minimum plastic limit solutions are deduced for the three types of circular plates by selecting the weighted coefficients with upper and lower bound values in the unified yield criterion. Moment fields and velocity fields with respect to the three special criteria, namely the Tresca criterion, the Mises criterion (close-form solution) and the twin shear stress criterion are illustrated and compared. The paper presents an effective analytical method to compute the exact plastic limit solution for circular plates in terms of a piecewise linear yield criterion.     

金属材料的平面应力非连续分叉

对已有弹塑性体非连续分叉结果进行了修正 ,使其更为合理。在此基础上 ,基于统一屈服准则 ,得出了金属材料非连续分叉的起始方位角以及相应的硬化模量的统一解析解 ,并且分析了不同程度的中间主应力对结果的影响。进而发现所得的结果与屈服准则的选取有关 ,揭示了在分叉研究中正确选取符合金属材料特性的强度准则的重要性。     

大型复杂结构安定性数值分析的新方法及其应用

大型复杂结构承载后普遍存在局部高应力区,特别是某些巨型结构,由于受几何尺寸和制造能力的限制,其局部高应力往往会接近甚至超过材料的屈服极限,因而成为弹性范围内的设计难题。应用安定性分析设计准则,则可通过利用材料的塑性承载能力很好地解决这类问题。为此,在大型复杂结构的强度分析中引入安定性理论,应用Melan安定下限定理,通过将峰值载荷下的弹塑性应力场与弹性参考应力场相减,构造定理要求的自平衡应力场,并推导了相应的安定性判定条件。在此基础上,结合弹塑性增量有限元技术,通过不同载荷水平下的加载-卸载计算,计算相应载荷水平下的残余应力场。根据加载-卸载得到的残余应力场与构造的自平衡场的关系,按照安定性判定条件确定安定极限载荷,从而建立了一种适合于大型复杂结构安定性数值分析的新方法,并应用该方法对某125MN锻造液压机的主液压缸缸体结构进行了安定性分析。     

The sensitivity of the creep rupture of a pressurized cylinder to variations in the multiaxial rupture surface

The sensitivity of creep rupture life to variations in the multiaxial creep rupture surface is investigated for a long, thick-walled, internally pressurized circular cylinder. The cylinder is initially undamaged and accumulates damage at a rate dependent on both maximum principal stress and equivalent stress. It is shown that failure can initiate at the inner or outer radius, or at an intermediate radius, depending on the parameters in the creep and damage laws, and that the ratio of rupture time to initial failure time depends strongly on these parameters. The results are compared with estimates based on the mean diameter formula and in almost all cases a longer rupture life is predicted.     

金属简支圆板在边缘均布载荷作用下的塑性极限解

采用双剪统一屈服准则首次对金属类材料的简支圆板在边缘均布载荷作用下的塑性极限进行求解，得出相应的统一解形式。已有的Tresca准则、vonMises准则、双剪应力准则的解答是文中解答的特例或逼近。并得到圆板的极限载荷随不同屈服准则以及边缘载荷内半径的变化曲线。     

基于线性匹配方法的核电站弯管在循环载荷下的安定性分析

进行了核电站90°弯管在内压和面内弯曲载荷作用下的棘轮效应试验,并采用数值方法研究了90°弯管的极限载荷、安定载荷和棘轮边界。利用理想弹塑性有限元分析,基于两倍弹性斜率准则和切线相交准则分别确定了90°弯管单独承受内压和弯曲载荷的极限载荷;利用线性匹配方法确定了90°弯管在单独内压和弯曲载荷以及两者共同作用下的极限载荷和安定载荷;利用Ohno-Wang模型,结合C-TDF弹塑性有限元分析方法和线性匹配方法分别确定了90°弯管的棘轮边界;最后,对弹塑性有限元方法和线性匹配法确定的棘轮边界进行了比较。结果表明：两倍弹性斜率准则、切线相交准则和线性匹配方法确定的极限载荷误差为10.78%,其中弹性迭代的线性匹配法能高效、快速地进行计算。比较C-TDF法和线性匹配法确定的棘轮边界,结果发现：当内压在20~35 MPa之间时,两种方法确定的棘轮边界吻合很好;当内压小于20 MPa时,两种方法的预测结果呈现不同的趋势。