極限載荷設(shè)計(jì)

極限載荷設(shè)計(jì)是指基于塑性力學(xué)極限分析的一種強(qiáng)度設(shè)汁準(zhǔn)則。又稱“極限設(shè)計(jì)”。假設(shè)材料具有理想塑性行為（即無應(yīng)變硬化），在某一載荷下進(jìn)入整體屈服或局部區(qū)域的全域屈服后，變形將無限制地增大，從而失去承載能力，這一載荷即塑性失效的極限載荷，用它可作為設(shè)計(jì)時(shí)的失效控制值。

如純彎曲的矩形截面梁在上下表層材料屈服后，由于其余材料仍處于彈咋狀態(tài)，還可繼續(xù)加載，直至整個(gè)截面屈眼時(shí)梁的承載能力才算達(dá)到極限，且承受的最大彎矩為表層材料初始屈服時(shí)的1.5倍。所以最大彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力相比，允許達(dá)到較大值。 2100433B

極限載荷是指構(gòu)件在外載荷作用下在整體上或某一局部的全厚度上由彈性狀態(tài)而進(jìn)入塑性狀態(tài)時(shí)所對應(yīng)的載荷。達(dá)到極限載荷時(shí)意味著構(gòu)件將進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)。

中文名稱

極限載荷

英文名稱

ultimate load

定　　義

限制載荷乘以安全系數(shù)得到結(jié)構(gòu)所能承受的最大載荷。

應(yīng)用學(xué)科

航空科技（一級學(xué)科），飛行器結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)與強(qiáng)度理論（二級學(xué)科）

局部減薄是彎頭常見的缺陷，但國內(nèi)外對此類缺陷的研究主要針對直管，對彎頭局部減薄的研究少有文獻(xiàn)報(bào)道。本文通過詳細(xì)的有限元計(jì)算和理論分析，研究了在內(nèi)壓和彎矩作用下局部減薄對彎頭極限承載能力的影響，以及內(nèi)壓作用下多局部減薄的相互干涉效應(yīng)和彎矩作用下直管對彎頭極限載荷的加強(qiáng)作用，并進(jìn)行了部分實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到了以下研究成果：

1.用有限元方法對內(nèi)壓作用下局部減薄彎頭的極限載荷進(jìn)行了系統(tǒng)地分析和計(jì)算，得出局部減薄彎頭的極限壓力與局部減薄的直管不同，彎頭的極限壓力不僅取決于局部減薄大小，還與局部減薄位置和彎曲半徑有關(guān)，如采用局部減薄直管的計(jì)算方法評定彎頭，則會(huì)得出不安全或過于保守的結(jié)果；同時(shí)減薄寬度對極限載荷的影響也不可忽略。在有限元分析的基礎(chǔ)上給出了局部減薄彎頭極限壓力的計(jì)算公式，公式計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都相當(dāng)吻合并偏安全，計(jì)算公式可以實(shí)際應(yīng)用于局部減薄彎頭的安全評定，補(bǔ)充了該項(xiàng)研究的空白。

2.通過有限元分析，研究了在內(nèi)壓下多局部減薄之間的相互干涉效應(yīng)，研究表明多局部減薄的相互影響不僅與間距有關(guān)，還與減薄深度有關(guān)。指出減薄深度較淺時(shí)，軸向局部減薄間距大于2倍壁厚，雙局部減薄的極限載荷與單個(gè)局部減薄的極限載荷基本相同；當(dāng)減薄深度較深，軸向局部減薄間距大于4倍壁厚時(shí)，雙局部減薄的極限載荷與單個(gè)局部減薄的極限載荷基本相同，補(bǔ)充了現(xiàn)有研究的不足。

3.通過有限元計(jì)算，研究了相連直管對彎頭極限彎矩的加強(qiáng)作用，指出與彎頭相連的直管會(huì)使彎頭的極限彎矩增大，彎曲半徑不同時(shí)，彎頭極限載荷增加量不同。當(dāng)相連直管長度大于3倍管徑時(shí)，直管對彎頭的強(qiáng)化作用不再增加。該項(xiàng)研究補(bǔ)充了直管對彎頭加強(qiáng)作用研究的不足。

4.通過有限元分析詳細(xì)研究了局部減薄對彎頭極限彎矩的影響，得出面內(nèi)彎矩作用下局部減薄彎頭極限彎矩的大小與減薄位置、減薄尺寸及彎曲半徑有關(guān)。研究表明在彎矩作用下，幾何非線性的影響是顯著的。在內(nèi)壁局部減薄和大變形有限元分析的基礎(chǔ)上，給出面內(nèi)彎矩作用下局部減薄彎頭極限彎矩的計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果可以較準(zhǔn)確并偏保守地反映出有限元計(jì)算結(jié)果，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。該項(xiàng)研究填補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白。