设计仿真 | MSC Apex压力容器应力线性化的应用方法

应力线性化是针对压力容器设计常用的一种技术。在工程领域，应力线性化在分析复杂载荷条件下构件的结构完整性方面起着至关重要的作用。准确的应力线性化对于评估是否符合行业标准(如美国机械工程师协会(ASME)制定的标准)至关重要。为了简化应力线性化的过程，MSC Apex通过自动化的转换，输出符合ASME标准的应力线性化结果。

在MSC Apex 2023.3版本中，将Stress Linearization（应力线性化）插件添加到标准用户自定义面板中，位置如下图所示：

应力线性化插件位置

MSC Apex的应力线性化插件，基于MSC Nastran H5数据结果，结果文件中必须包含应力张量。在使用过程中，用户需要定义一个应力分类线（SCL），可输入两个端点，或者直接拾取某个曲线，再定义采样点的数量。另外还需要定义一个应力分类面（SCP）。基于以上输入，在由SCL和SCP定义的局部坐标系中的采样点中计算应力分量。通过路径曲线，应力分量被传递到Python脚本中，以计算等效的膜应力和弯曲应力分量，并生成数据及报告。

应力线性化操作方法

下图中所示的模型为1/4的压力容器，使用线性六面体单元建模，通过施加对称边界条件模拟完整的压力容器。我们以该模型为例，对MSC Apex中应力线性化的工具进行操作演示。

压力容器1/4模型

01

基于MSC Apex创建压力容器模型，或者导入FE模型文件；

02

利用MSC Nastran获取包含应力张量的数据结果（HDF5格式）；

03

利用几何工具创建一条曲线用于定义应力线性化的路径，以及创建一个几何平面用于创建应力分类面；

04

激活应力线性化插件；

05

通过“Import Result File”导入数据结果文件；

06

选择已有的曲线用于创建应力分类线，通过Add按钮将其用于创建应力分类面；选取曲线后，自动获取SCL的两个端点坐标。

默认应力线性化路径上的积分点数量为50，最大支持100个积分点。通过Add将应力分类线用于创建应力分类面

07

创建应力分类面：激活应力分类线，选择已有的平面法线方向来创建应力分类面；

或者通过三个节点定义一个平面，利用该平面的法线方向来创建应力分类面；

08

生成符合ASME标准的应力线性化结果：通过Compute计算等效膜应力和弯曲应力，生成应力线性化结果；

选择应力线性化结果，生成结果报告。

应力线性化的薄膜应力、弯曲应力及合成应力

总  结

MSC Apex应力线性化工具用户界面友好，用户可以轻松定义应力线性化路径，设置所需要的积分点，获得符合ASME标准的结果输出，大大简化了应力线性化的过程。无论是评估压力容器、管道还是任何其他部件的结构安全性能，MSC Apex都能帮助工程师做出快速的决策，并确保符合行业标准。