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摘要：本文中介绍了分析设计中的应力分类方法和弹塑性应力分析方法（直接法）。应力分类方法只适用于简单结构在简单荷载作用下的分析、设计和标定。以某核电站伸缩缝为例，根据应力分级准则确定结构的极限荷载，根据应变准则计算塑性失稳荷载。在实例研究中，直接法计算的C_L比应力分类法高75%以上；最大应变0.5%准则法简便易行，结果与零曲率点法一致；采用5%应变判据法计算，结构的极限荷载可提高97.3%。
关键词：应力分类法；弹塑性应力分析方法；应变准则；有限元分析；膨胀节
前言
目前，世界上主要的核级装备设计规范大多基于“分析设计”方法“分析设计”，这不仅扩大了“按规定设计”的范围，而且减少了设计中的过度保守，提高了装备的设计水平。经济上的。法国和美国规范中的“分析设计”包括弹塑性应力分析方法（RCC-M和ASME规范直接对不同的失效模式进行弹塑性分析，即欧盟EN13445标准中的“直接方法”和应力分类。
1法规简介
应力分类方法是基于线性弹性理论的。应力分为一次应力、二次应力和峰值应力。根据不同的失效模式，应力组合进行了分析，和一定的评定系数设置。相比之下，标准双斜率的直接方法，应变准则避免了潜在的人为错误引起的选择变形点的位置画出载荷变形曲线，和国家标准也倾向于使用应变准则的准则。然而，应力分类方法只适用于简单荷载作用下的简单结构的分析设计和验证，如轴对称荷载作用下薄壁结构的计算。在复杂载荷、复杂结构和有缺陷设备的设计校核中，一次应力和二次应力的分类一直比较模糊。
直接法以材料的真实应力一应变曲线为基础进行有限元分析、确定结构的极限荷载和塑性失稳荷载，获得更符合实际的结果且更加真实地反映荷载作用下承压设备的失效过程，使得承压设备设计更经济安全。直接法首先借助有限元软件对结构进行弹塑性分析，继而依据计算结果确定结构的极限荷载（CL）和塑性失稳荷载。常用的确定C：的方法有两倍弹性斜率法、双切线交点法、零曲率点法和应变准则法。前三种方法均需绘制结构的荷载一应变/位移曲线，对于一些复杂结构或含缺陷设备，选取不同位置计算的极限荷载有一定差异，而且结构某些位置的荷载-位移/应变曲线无法确定极限荷载[v]。ASME规范NB篇规定C，为荷载未增加而发生无限制塑性变形的荷载，即有限元计算不收敛时所对应的荷载，该方法计算耗时且结果受网格划分质量和收敛容差影响，存在一定的人因影响。而应变准则法通过应变确定结构的极限承载能力，该方法不受结构形式影响，得到的C：和C，不受变形参数、网格划分质量和有限元软件收敛容差影响，诸多规范和研究组织正在大力推广这一准则。
本文介绍承压设备分析设计校核的应力分类法和直接法，以及直接法中确定极限荷载的应变准则法；以某核一级膨胀节为例，应用应变准则法计算结构的C：和Cl，以期得出一些具有參考价值的结论。
1.1应力分类法
核级承压设备设计规范ASME法规NB3200和RCC一M法规B3200等多数是采用应力分类法，仅允许出现局部的小塑性变形。在设计工况下，为保证设备不会发生过度变形，对结构的总体一次薄膜应力强度尸。或局部一次薄膜应力强度
外载达到C后可以继续加载，直至结构发生塑性失稳，即极限荷载和塑性失稳荷载之间仍有一定的裕度，但应力分类法基于弹性分析结果无法进行塑性失稳评估。
1.2直接法
直接法基于材料的真实应力一应变曲线计算结构的变形和应力分布，允许结构出现塑性变形，根据两倍弹性斜率法、双切线交点法、零曲率点法和应变准则法等方法确定结构的极限荷载Coo在该方法中如果结构所承受的荷载不超过C：的2/3，则在某些特定部位上无需满足局部一次薄膜应力强度和一次薄膜加一次弯曲应力强度的限制。
以应变为准则的计算方法简单、易操作，且不受结构形式、荷载一变形曲线、计算软件收敛容差等影响，诸多组织和法规均在推广这一准则。世界核协会（WNA）对比了两倍弹性斜率法和应变准则法，指出当结构的最大应变达到0.5%时所对应的荷载为C；当结构的最大应变达到5%或10%时所对应的荷载为。指出，根据0.5%应变准则计算的C：与两倍斜率法计算结果基本一致；建议将5%应变处的点作为塑性段切线的切点，结构应变超过5%时即会发生总体塑性变形。欧洲设计规范EN13445附录B指出，承压设备及其部件中主结构应变最大值在正常运行工况下小于5%，则可以通过总体塑性变形设计校核，总体塑性变形与塑性失稳之间仍有一定安全裕度。
2齿啮式快开压力容器整体有限元塑性载荷分析
齿啮式快开压力容器广泛应用于化工、建材、食品、纺织、航空航天、造纸等工业领域，如用于生产硅酸盐制品的蒸压釜在建材行业；硫化罐用于化工生产橡胶制品。食品工业中的膨胀壶；纺织工业中的蒸汽定形锅。根据设计压力和气缸直径的不同，齿啮式快开装置的具体结构略有不同，但工作原理是相同的，即在齿啮式快开装置的圆周方向上加工均匀的齿。通过齿间的啮合和错动，达到了快速开闭的目的。
齿啮式快开容器需要频繁启闭，承受关闭、升压、升温，降温、降压、开启的过程，这就对容器的强度和疲劳提出了较高的要求。但由于设计、选材、制造、使用等方面的原因，此类容器的事故频繁发生，齿啮式快开容器事故率占我国压力容器爆炸的三分之一，且后果相当严重，齿啮式快开容器大致可分为两类：一类是带平封头的，主要用于高压或超高压场合；另一类是带凸形封头的，主要用于中、低压压力容器，工作压力一般在0.8-6.4MPa之间。对于第一类齿啮合式快开装置，日本制定了高压和超高压快速启闭密封装置的设计标准[（我国也颁布了相一致的化工行业标准。但是到目前为止，带凸形封头的齿啮式快开装置仍没有设计标准。
为此，国内外开展了大量的研究工作。这些研究的共同特点是：假设已知齿与齿之间之间的接触边界条件，容器与齿分开，上下法兰分别受力分析；或者通过闭塞点分析上下法兰（假设上下法兰在啮合点上位移相等）。确定接触面边界条件的方法是采用接触面应力分布的形式，然后利用轴向力平衡关系计算出具体值。在对上翼缘和凸头的分析中，为了防止轴向刚体位移，常假定头部顶部轴向位移为零。
实际上，齿与齿之间的接触面上不仅有相互挤压，而且有相对滑动；凸形封头顶部的轴向位移也不等于零。因此，必须要考虑齿间的接触摩擦问题更符合容器的实际状况。
3结束语
以含凹坑膨胀节为例，利用材料的真应力-应变曲线进行有限元分析。它由应力分类法、双弹性斜率法、双切线交点法、零曲率点法和应变判据法确定。对结构的极限荷载进行了比较，得出如下结论。与基于弹性应力分析结果的应力分类方法相比，直接法能充分利用材料的性能，大大提高材料的荷载极限。在这种情况下，直接法计算的比应力分类方法比5%以上。
参考文献
[1]姬昆鹏.冲击载荷下覆冰架空输电线路动力响应研究[D].华北电力大学（北京），2016.
[2]赵彦钵，吴瑞祥，李政林，蔡永昌.极限拉应变准则在围岩松动圈模拟中的应用[J].地下空间与工程学报，2014，10（02）：315-321.
[3]张建彬.双基推进剂屈服准则及粘弹塑性本构模型研究[D].南京理工大学，2013.
[4]刘飞.屈服准则对边坡稳定分析影响的研究[D].湖南大学，2013.
[5]董伟，吴智敏，郑长良.混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂准则研究方法概述[J].力学与实践，2006（06）：9-14.
[6]崔书文.结合材料界面端脆断准则的理论研究与实验验证[D].合肥工业大学，2006.
（作者单位：河北省特种设备监督检验研究院唐山分院）
关键词：应力分类法；弹塑性应力分析方法；应变准则；有限元分析；膨胀节
前言
目前，世界上主要的核级装备设计规范大多基于“分析设计”方法“分析设计”，这不仅扩大了“按规定设计”的范围，而且减少了设计中的过度保守，提高了装备的设计水平。经济上的。法国和美国规范中的“分析设计”包括弹塑性应力分析方法（RCC-M和ASME规范直接对不同的失效模式进行弹塑性分析，即欧盟EN13445标准中的“直接方法”和应力分类。
1法规简介
应力分类方法是基于线性弹性理论的。应力分为一次应力、二次应力和峰值应力。根据不同的失效模式，应力组合进行了分析，和一定的评定系数设置。相比之下，标准双斜率的直接方法，应变准则避免了潜在的人为错误引起的选择变形点的位置画出载荷变形曲线，和国家标准也倾向于使用应变准则的准则。然而，应力分类方法只适用于简单荷载作用下的简单结构的分析设计和验证，如轴对称荷载作用下薄壁结构的计算。在复杂载荷、复杂结构和有缺陷设备的设计校核中，一次应力和二次应力的分类一直比较模糊。
直接法以材料的真实应力一应变曲线为基础进行有限元分析、确定结构的极限荷载和塑性失稳荷载，获得更符合实际的结果且更加真实地反映荷载作用下承压设备的失效过程，使得承压设备设计更经济安全。直接法首先借助有限元软件对结构进行弹塑性分析，继而依据计算结果确定结构的极限荷载（CL）和塑性失稳荷载。常用的确定C：的方法有两倍弹性斜率法、双切线交点法、零曲率点法和应变准则法。前三种方法均需绘制结构的荷载一应变/位移曲线，对于一些复杂结构或含缺陷设备，选取不同位置计算的极限荷载有一定差异，而且结构某些位置的荷载-位移/应变曲线无法确定极限荷载[v]。ASME规范NB篇规定C，为荷载未增加而发生无限制塑性变形的荷载，即有限元计算不收敛时所对应的荷载，该方法计算耗时且结果受网格划分质量和收敛容差影响，存在一定的人因影响。而应变准则法通过应变确定结构的极限承载能力，该方法不受结构形式影响，得到的C：和C，不受变形参数、网格划分质量和有限元软件收敛容差影响，诸多规范和研究组织正在大力推广这一准则。
本文介绍承压设备分析设计校核的应力分类法和直接法，以及直接法中确定极限荷载的应变准则法；以某核一级膨胀节为例，应用应变准则法计算结构的C：和Cl，以期得出一些具有參考价值的结论。
1.1应力分类法
核级承压设备设计规范ASME法规NB3200和RCC一M法规B3200等多数是采用应力分类法，仅允许出现局部的小塑性变形。在设计工况下，为保证设备不会发生过度变形，对结构的总体一次薄膜应力强度尸。或局部一次薄膜应力强度
外载达到C后可以继续加载，直至结构发生塑性失稳，即极限荷载和塑性失稳荷载之间仍有一定的裕度，但应力分类法基于弹性分析结果无法进行塑性失稳评估。
1.2直接法
直接法基于材料的真实应力一应变曲线计算结构的变形和应力分布，允许结构出现塑性变形，根据两倍弹性斜率法、双切线交点法、零曲率点法和应变准则法等方法确定结构的极限荷载Coo在该方法中如果结构所承受的荷载不超过C：的2/3，则在某些特定部位上无需满足局部一次薄膜应力强度和一次薄膜加一次弯曲应力强度的限制。
以应变为准则的计算方法简单、易操作，且不受结构形式、荷载一变形曲线、计算软件收敛容差等影响，诸多组织和法规均在推广这一准则。世界核协会（WNA）对比了两倍弹性斜率法和应变准则法，指出当结构的最大应变达到0.5%时所对应的荷载为C；当结构的最大应变达到5%或10%时所对应的荷载为。指出，根据0.5%应变准则计算的C：与两倍斜率法计算结果基本一致；建议将5%应变处的点作为塑性段切线的切点，结构应变超过5%时即会发生总体塑性变形。欧洲设计规范EN13445附录B指出，承压设备及其部件中主结构应变最大值在正常运行工况下小于5%，则可以通过总体塑性变形设计校核，总体塑性变形与塑性失稳之间仍有一定安全裕度。
2齿啮式快开压力容器整体有限元塑性载荷分析
齿啮式快开压力容器广泛应用于化工、建材、食品、纺织、航空航天、造纸等工业领域，如用于生产硅酸盐制品的蒸压釜在建材行业；硫化罐用于化工生产橡胶制品。食品工业中的膨胀壶；纺织工业中的蒸汽定形锅。根据设计压力和气缸直径的不同，齿啮式快开装置的具体结构略有不同，但工作原理是相同的，即在齿啮式快开装置的圆周方向上加工均匀的齿。通过齿间的啮合和错动，达到了快速开闭的目的。
齿啮式快开容器需要频繁启闭，承受关闭、升压、升温，降温、降压、开启的过程，这就对容器的强度和疲劳提出了较高的要求。但由于设计、选材、制造、使用等方面的原因，此类容器的事故频繁发生，齿啮式快开容器事故率占我国压力容器爆炸的三分之一，且后果相当严重，齿啮式快开容器大致可分为两类：一类是带平封头的，主要用于高压或超高压场合；另一类是带凸形封头的，主要用于中、低压压力容器，工作压力一般在0.8-6.4MPa之间。对于第一类齿啮合式快开装置，日本制定了高压和超高压快速启闭密封装置的设计标准[（我国也颁布了相一致的化工行业标准。但是到目前为止，带凸形封头的齿啮式快开装置仍没有设计标准。
为此，国内外开展了大量的研究工作。这些研究的共同特点是：假设已知齿与齿之间之间的接触边界条件，容器与齿分开，上下法兰分别受力分析；或者通过闭塞点分析上下法兰（假设上下法兰在啮合点上位移相等）。确定接触面边界条件的方法是采用接触面应力分布的形式，然后利用轴向力平衡关系计算出具体值。在对上翼缘和凸头的分析中，为了防止轴向刚体位移，常假定头部顶部轴向位移为零。
实际上，齿与齿之间的接触面上不仅有相互挤压，而且有相对滑动；凸形封头顶部的轴向位移也不等于零。因此，必须要考虑齿间的接触摩擦问题更符合容器的实际状况。
3结束语
以含凹坑膨胀节为例，利用材料的真应力-应变曲线进行有限元分析。它由应力分类法、双弹性斜率法、双切线交点法、零曲率点法和应变判据法确定。对结构的极限荷载进行了比较，得出如下结论。与基于弹性应力分析结果的应力分类方法相比，直接法能充分利用材料的性能，大大提高材料的荷载极限。在这种情况下，直接法计算的比应力分类方法比5%以上。
参考文献
[1]姬昆鹏.冲击载荷下覆冰架空输电线路动力响应研究[D].华北电力大学（北京），2016.
[2]赵彦钵，吴瑞祥，李政林，蔡永昌.极限拉应变准则在围岩松动圈模拟中的应用[J].地下空间与工程学报，2014，10（02）：315-321.
[3]张建彬.双基推进剂屈服准则及粘弹塑性本构模型研究[D].南京理工大学，2013.
[4]刘飞.屈服准则对边坡稳定分析影响的研究[D].湖南大学，2013.
[5]董伟，吴智敏，郑长良.混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂准则研究方法概述[J].力学与实践，2006（06）：9-14.
[6]崔书文.结合材料界面端脆断准则的理论研究与实验验证[D].合肥工业大学，2006.
（作者单位：河北省特种设备监督检验研究院唐山分院）