在国民经济的重要工业部门,高温设计中的结构响应的有效分析日益成为保证大型复杂高温设备系统的安全性和可靠性必须足够重视的研究课题。本文通过对工程设计/分析的三个层次——弹性分析、简化非弹性分析、详细非弹性分析发展现状的深入、细致的考察与研究,完成了以下几方面工作: 1.提出了基于等效时间概念的快速计算复杂结构瞬态温度和热应力的等效时间法,为新设备设计的初步弹性分析和在役设备的实时分析提供了有效的响应分析简化方法。 2.针对那些按弹性分析未能通过严格规范规则的部件进一步分析的需要,提出了一系列遵循较为严格的理论依据,以有限元法为工具,不简化结构几何和材料性质,尽量追踪加载历史,并只用相当于若干弹性分析的计算量就可得出与按详细非弹性分析精度相当的结果的简化方法。 (1) 从虚功原理出发,建立了结构稳态蠕变变形率所满足的能量方程和相应的非线性代数方程组,进一步利用平衡方程导出了平均应力应满足的泊松方程,求解后可得稳态蠕变应力的全部信息。 (2) 用指数函数或幂函数模拟高温结构受常机械载荷作用的蠕变应力重分布,对蠕变材料呈初始阶段和第二阶段特性的结构应力重分布可给出有效的估计。 (3) 以线性硬化材料形变理论为基础建立了计算非线性硬化材料弹塑性响应的简化有限元法,并结合追踪结构在循环机械载荷作用下循环弹塑性响应的等效追踪法,对非线性硬化材料循环热弹塑性响应可作出简单有效的估计。 (4) 综合运用上述几方面结论,对高温结构受包含载荷持续阶段的循环机械载荷作用的循环弹塑性—蠕变响应可作出简化分析。 3.建立了与应力耦合的Kachanov—Robotnov各向同性蠕变损伤演化方程的在一定程度上考虑应力变化的半解析积分方案,并将该方案在程序中加以实施,完善了一般的热弹塑性—蠕变分析程序。