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叶片有限元分析中弹塑性过渡区应力奇异产生原因及解决方法
【作者】 仲继泽 徐自力 方宇 范小平 赵世全 西安交通大学航天航空学院 西安710049 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室 西安710049 东方汽轮机有限公司 四川德阳618000
【关键词】 叶片 有限元 弹塑性过渡区 应力奇异
【摘要】采用弹塑性有限元法、借助大型商业有限元软件对汽轮机叶片进行应力分析时,弹塑性过渡区应力的计算值有时会高于塑性区应力的计算值,即会产生应力奇异现象。为分析产生这一现象的原因,以8节点六面体单元为例,研究了有限元法计算应力的过程,并在理想弹塑性的条件下,采用有限元法和解析法计算了弹塑性过渡区单元节点应力。研究发现,有限元法通常采用高斯积分点应力值外推插值法得到单元节点应力,当单元一部分位于弹性区、另一部分位于塑性区时,这种外插算法会导致节点应力计算值高于结构的实际应力,甚至超出理想弹塑性材料的屈服极限,从而造成应力奇异。研究表明,在叶片弹塑性的有限元分析中,采用相邻高斯积分点应力加权平均的方法计算单元节点应力,可有效避免弹塑性过渡区应力产生奇异的现象。
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