极限载荷分析、二元评定准则和弹塑性分析的关系和区别？
三种方法防止的失效模式极限载荷分析、二元评定准则和弹塑性分析防止的失效模式均为塑性垮塌。什么是塑性垮塌？GB/T4732-2024中的定义如下：塑性垮塌：在单调加载条件下容器构件因过量总体塑性变形而不能继续承载导致的失效。重点1：单调加载指明该失效模式是由一次持续加载的载荷导致的，表明塑性垮塌属于静强度失效，与交变载荷或循环载荷无关；重点2：过量总体塑性变形表明在较大范围内（如整个横截面）出现较大的塑性变形，足以使结构出现不可限制的塑性流动，此时应力不变而应变无限增加，使结构变为几何可变的垮塌结构，丧失承载能力。GB/T4732-2024中的规定GB/T4732在第5章节中表述如下：明确指出防止塑性垮塌可采用极限分析、弹塑性分析或附录B的二元评定准则，笔者将其实施方法、来源、判定准则、安全裕度等方面的区别和对比列于下表所示。重点1：GB/T4732中防止塑性垮塌的极限载荷和弹塑性分析均规定了两种方法：载荷系数法和垮塌载荷法。载荷系数法源于ASMEⅧ-2的载荷-抗力系数设计理念，引进后做了术语的调整，将“载荷-抗力系数法”简化称为“载荷系数法”，同时延伸思路规定了“垮塌载荷法”（ASMEⅧ-2中只有载荷-抗力系数法，而无垮塌载荷法）。但两者在原理、本构模型、假设条件、数值计算、评定步骤上是完全一致的，仅在评定准则上做了不同的规定，载荷系数法规定有限元计算结果收敛即为合格，垮塌载荷法则需要有限元计算结果不收敛以确定不收敛之前的垮塌载荷，进而可定量的判定安全裕度（特殊注意：数值发散导致的不收敛是不正确的，不能作为判定依据）；重点2：由表1对比可看出，塑性垮塌二元评定准则的本质实则是基于载荷系数法的弹塑性分析，仅是在评定要求上借鉴确定许用应力的二元思想增加了一个合格判定准则，以同时防止塑性垮塌和较大的塑性变形，故称之为“二元评定准则”。三种方法的保守性若用这三种方法评定塑性垮塌，从评定准则的安全裕度或保守程度的角度来说的话，那么三者评定结果将会如何呢？结论：弹塑性分析评定准则（安全裕度或保守程度）≤二元准则评定准则（安全裕度或保守程度）＜极限载荷分析评定准则全裕度或保守程度），二元准则可以获得适中的评定结果。1）有人问：为什么采用弹塑性分析评定结果能通过，而采用极限载荷分析评定结果却不通过了？原因：就在于极限载荷分析、弹塑性分析二者在材料本构模型、合格判定准则上不同而决定的，理论上极限载荷分析评定准则（安全裕度或保守程度）永远＞弹塑性分析评定准则。故弹塑性分析评定结果能通过，而极限载荷分析评定结果因安全裕度要求更大可能会出现不通过的情况（尤其是对应变强化非常显著，屈强比较低的材料会出现这种情况；应变强化不显著、屈强比较高的材料理论上不会出现这种情况）。2）有人问：会不会出现采用极限载荷分析评定结果能通过，而弹塑性分析评定不通过的情况？说明：理论上极限载荷分析评定准则（安全裕度或保守程度）永远＞弹塑性分析评定准则，故不会出现极限载荷分析评定结果能通过，而弹塑性分析评定结果不通过的情况。即若极限载荷分析结果能通过，那么安全裕度要求更小的弹塑性分析的结果必然是通过的，若不通过，那么说明弹塑性分析的结果是不对的，需要去检查计算了。3）有人问：若是弹塑性分析评定结果能通过，而采用极限载荷分析不通过，那么是算通过呢还是不通过？说明：这两种方法都是评定塑性垮塌失效的，从标准规定上来说是等效的（虽然结果会不同），理论上只要任何一种方法评定通过了，那么就表明结构不会发生塑性垮塌失效，是安全的。区别在于：极限载荷分析的结果安全裕度更大一些，结构更安全一些，更保守一些；而弹塑性分析的结果相较于极限载荷分析安全裕度小一些，但结构也是安全的，即不会发生塑性垮塌失效。上文笔者只说了结论，未详细分析原因，相信对这三种方法有一定思考、理解且做过对比的人，是很容易剖析其中原因的。以上内容仅代表笔者个人观点，限于笔者水平有限，文中内容难免有理解不当之处，还请多多包涵和不吝指正！来源：ANSYS分析设计人
