一个很有迷惑性的案例！局部应力偏大，你以为是应力集中，其实不是！

    最近对接一个军工项目，留意到一个力学现象，是关于应力集中，值得深入解读。这里先回顾下应力集中的四个条件：

    1）几何变化，会产生应力集中；

    2）材料变化，会产生应力集中；

    3）固定约束，会产生应力集中；

    4）集中载荷，会产生应力集中；

    详细内容可以参考本号前作《四种应力奇异实例详解(一)》、《四种应力奇异实例详解(二)》、《四种应力奇异实例详解(三)》、《四种应力奇异实例详解(四)》。

    为了客户保密，不可能展示原模型和原工况。本文通过一个代表性模型，旨在说明力学现象、力学原理以及解决办法！希望能给读者有所启发，并在实际工作中发挥价值。

    几何模型如下图所示，封头上有开孔接管。

    封头承受外压5MPa；接管承受等效推力7.5MPa；固定约束封头底部。

    为了方便网格细化，采用二阶四面体网格方案。

    接管网格20mm；

    接管等效应力。

    接管网格10mm；

    接管等效应力。

    接管网格5mm；

    接管等效应力。

    接管网格2.5mm；

    接管等效应力。

    从应力结果和网格尺寸的关系来看，接管内圈上部的应力水平对网格密度不敏感，换言之，接管内圈上部应力不属于应力集中。

    从应力集中的四个条件来看，接管内圈上部没有几何变化和材料变化，没有固定约束和集中载荷，所以接管内圈上部应力不属于应力集中。

总结来说，接管内圈上部应力就是大，所以需要修改设计。

    将接管设计的高度增加。

    接管网格2.5mm；

    接管等效应力。

    很显然，接管内圈上部应力得到了很明显的降低，优化设计方案有效。但接管内圈下部应力偏大会显现出来，所以还需要将内部接管的高度增加。

    接管网格2.5mm；

    接管等效应力。

    很显然，接管内圈上下部应力都得到降低并且分布均匀，优化设计方案有效。

    内侧应力明显大于外侧应力的主要原因是接管内侧是空心的，接管侧面的围压是次要原因。

    根据圣维南原理，接管的高度越高，接管内侧空心的影响就会越小。

    接管等效应力。

    很显然，由于接管的高度充分，内侧应力和外侧应力相差很小。

    很显然，只把外部接管增高，会导致内部接管应力增大。由此可见，单纯增高某一端不是真正的解决方案。

来源：华仿CAE