Pro-e Mechanica应力分析

一.建立模型

1.建立鈑金模型特征

二.前期準備

1.建立負載曲線特征

點擊投影

迭擇偏距

輸入偏距量及方向

迭擇投影方向

寬度方向的值一般為0.02mm,長度為無限接近模型截面寬度(或寬度-0.01mm)

寬度

長度

接觸點位置

迭擇接觸面

完成負載曲線建立

開啟Mechanica

如未安裝Mechanica模塊,方框內”有限元模式”為打勾

迭擇結構→模型→特徵→曲面區域

迭擇:建立→迭取

迭擇之前建立的負載曲線

再迭擇接觸曲面

完成曲線分離(顯示為藍色)

迭擇:視圖→模型設定→网格曲面

2.建立限制

迭擇:新增→邊/邊曲線

迭擇負載曲線

Translation部分:為此負載曲線可位移距離(與坐標系有關)

以上面所示,負載曲線可,沿Z軸下壓3.0(設定值,根據實際設定),負載曲線X軸不可移動

Y軸可自由移動

Rotation:可沿那個軸旋轉(概念與Translation一樣)

可沿X軸旋轉, Y&Z軸不可旋轉

3.迭擇材料

迭擇磷銅

迭擇part再迭擇鈑金模型

4.建立分析條件

新建

勾迭大變形(實際操作兩種情況都做一下比較) 三.模型分析

迭擇執行→Start(建立路徑)→Summary

四.結果判定

迭擇結果

迭擇路徑(一般以Analysis)

迭擇力量or應力力量應力

以應力來說

迭擇Format →legend 設定應力顯示範圍

迭擇彈片位移方向

打勾表以運動方式顯示應力

迭擇最大及最小應力顯示

點擊圈迭按鈕,顯示應力分布狀況.

點擊此按鈕修改顯示參數

取消勾迭狀態

需重新設定顯示條件

地质构造应力场分析方法与原则

地质构造应力场分析方法与原则 发表时间：2019-01-04T10:34:05.383Z 来源：《基层建设》2018年第34期作者：郭建锐[导读] 摘要：构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。 赤峰市利拓矿业有限公司内蒙古赤峰市 024000摘要：构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。本次研究针对地质构造应力场的测量方法水力压裂法、井壁崩落法、磁组构法进行分析，并对地质构造应场力分析原则进行阐述，继而进一步丰富构造应力场的理论。 关键词：地质构造；构造应场力；应场力引言：构造应力场就是在一个空间范围内构造应力的分布。构造应力场是作用在地壳某一地区内部的和由于这一地区某种变形的构造单元的发育而出现的应力总和。应力场是一种物理场，它和其他物理场，如重力场、电滋场、位势场等一样，也是物质存在的一种形式。场不是空间，而是在空间范围内某个物理量的按势分布。随着时间的变化，场内各点的强度和方向也将发生变化。构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。 1.地质构造应力场概述 构造应力场概念是由我国地质学家李四光率先提出的。1947年李四光提出用构造形迹反推构造应力场，并研究各种不同力学性质的构造形迹与应力方向、应力作用方式之间的相互关系。1940年格佐夫斯基也提出研究构造应力场，并把用赤平投影求主应力轴方向的方法引进构造应力场的研究。1950年一1996年国内外地质工作者结合地震地质的研究工作开展了构造应力测量，经多年努力，通过野外与室内实测证实了构造应力的存在，并探索、研究了行之有效的构造应力测量技术方法，完善了构造应力测量的理论基础，建立了可靠的测量技术方法和数据处理系统。万天丰（1999）、武红岭（1999，2003）等将矿场构造应力场研究的方法延伸到盆地构造研究领域，取得了人量的研究认识和资料，极大地丰富了构造应力场研究理论，也为盆地构造应力场研究积累了丰富的地质认识和方法。1970年构造应力场的研究有长足进展，逐渐深入到地质学的多个领域。1980年以后，构造应力场问题越来越受到国内外地质学界的重视，研究内容多涉及板块、大陆，大洋地区的构造应力场。1990年以来，全球大陆与海洋科学钻探计划开始研究现今构造应力和古应力状态和岩石圈动力学问题。 2.地质构造应力场分析方法 构造应力场研究的主要内容是在确定各地的点应力状态（应力方向和应力大小）的基础上，研究在一定区域范围内各个构造活动时期的构造应力分布特征。古应力测量可通过构造形迹分析法、古地磁法、节理测量法来确定古构造应力作用方向，利用声发射法。晶格位错法等可确定古地应力值的大小（导致地层变形时的最大水平古应力）。现今应力测量可利用震源机制解法、水力压裂法、井壁崩落法等来确定现今构造应力最大主应力方向，利用声发射法、经验公式法可确定现今地应力大小。 2.1.1水力压裂法 水力压裂测量地应力的方法首先在美国发展起来，1977年B.Haimson在井深5.1Km处进行了水力压裂地应力测量。我国学者葛洪魁（1998）、康红普（2014）均在研究中采用水力压裂测量法进行验证。水力压裂（Hydraulic fracturing）地应力测量是通过在井眼周围地层中诱发人工裂缝来获取地应力的一种方法，测试精度受多种因素的影响，如测试层位筛选、施工仪器设备、施工方案的选择以及测试数据的分析等。 2.1.2井壁崩落法 井壁崩落椭圆法的理论依据为崩落椭圆是由地壳内的构造应力场形成的，所以二者之间存在确定的关系。它的基本原理是，由于地壳内存在水平差应力，致使钻井壁形成应力集中，在垂直于最大水平主应力（压应力为正）方向的井壁端切向应力最大，当该处切向应力达到或超过岩石的破裂极限强度时，即发生破裂，从而形成井壁崩落椭圆。1970年加拿大Bell在研究阿尔伯达油田四臂井径测量的地层倾角测井资料后，发现井眼扩大方向与区域内的最小水平主应力方向平行，Gough等也发现了这种现象。1985年，Zoboek使用井下电视观测证实了Boll的发现，并与B.Haimson等人对井眼崩落机制进行研究，说明了井壁崩落法是测量水平主应力方向的可行方法。shulnberger测井公司研究应用测井资料解释地层压力问题，并用于解释石油工程中的地层破裂压力、地层坍塌压力及油层出砂等问题。这种用测井资料解释地应力剖面的方法，己经能够解决石油工程中的许多问题。 2.1.3磁组构测量法 磁组构是指磁性颗粒或晶格的定向排列或组合，其实质是岩石磁化率各向异性。岩石磁化率各向异性是指岩石的磁化强度随方向的变化性质，包括感应磁化率各向异性与剩余磁化率各向异性。GrahamJ.w（1954）提出，儿乎所有岩石都可以观测到磁各向异性。研究表明，岩石的磁化率一般表现为磁化率数量椭球的形状和方向。椭球可以反映岩石内部铁磁性颗粒长轴的主要分布方向，与沉积搬运和充填方式、岩浆岩流动构造、变质岩类型和变质程度、页理、线理、褶皱轴方向等存在一定对应关系，是地史时期定向应力和温度作用的结果，是岩组分析和有限应变测量的重要手段之一。 3.地质构造应力场分析原则 3.1时间局限性原则 一般认为根据不同构造形变的切错和叠加等关系可以确定构造应力场的分期，即相对活动次序。可以根据组成构造形变的最新地层时代和角度不整合面之上的最老上覆地层的时代，来确定构造应力场作用的大致时间。如果有地层或侵入体同位素年代的资料时，构造应力作用的时间可以确定得更准确些。即使如此，构造应力作用的时间还是不可能确定得十分精确。 如果已知组成某一构造形变的最新地层年代和侵蚀了构造形变的不整合面之上的最老上覆地层的年代，构造形变肯定是在不整合形成期间发生的；但两个沉积地层的年代之间，发生了许多变化：老地层沉积之后要下沉、硬结成岩；受构造应力作用后造成构造形变；隆起遭受剥蚀；地壳重新下降，接受新的沉积。可以看出在整个不整合的形成过程中造成构造形变的构造应力作用只局限在一个较短的时间内。如果再考虑到同位素年代的不精确性（由于采样、测试方法等原因），要准确测定构造应力作用的时间实际上目前还难以实现。 3.2空间动态性原则

管道应力分析基础知识

管道应力分析基础知识 2009-04-09 13:55 1. 进行应力分析的目的是 1) 使管道应力在规范的许用范围内； 2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准； 3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载； 4) 解决管道动力学问题； 5) 帮助配管优化设计。 2. 管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？ 答：管道应力分析分为静力分析和动力分析。 1) 静力分析包括： (l)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算――防止塑性变形破坏； (2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算――防止疲劳破坏； (3)管道对设备作用力的计算――防止作用力太大，保证设备正常运行； (4)管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据； (5)管道上法兰的受力计算――防止法兰泄漏； (6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。 2) 动力分析包括： (l)管道自振频率分析――防止管道系统共振； (2)管道强迫振动响应分析――控制管道振动及应力； (3)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振； (4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。 3. 管道应力分析的方法 管道应力分析的方法有：目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。选用什

么分析方法，应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。 4. 对管系进行分析计算 1) 建立计算模型（编节点号），进行计算机应力分析时，管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点： (1)管道端点 (2)管道约束点、支撑点、给定位移点 (3)管道方向改变点、分支点 (4)管径、壁厚改变点 (5)存在条件变化点（温度、压力变化处） (6)定义边界条件（约束和附加位移） (7)管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件） (8)定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力、风载、雪载等） (9)需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点) (10) 动力分析需增设点 2) 初步计算（输入数据符合要求即可进行计算） (1) 利用计算机推荐工况（用CASWARII计算，集中荷载、均布荷载特别加入） (2) 弹簧可由程序自动选取 (3) 计算结果分析 (4) 查看一次应力、二次应力的核算结果 (5) 查看冷态、热态位移 (6) 查看机器设备受力 (7) 查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载） (8) 查看弹簧表

2010年11月CAESARII高级培训讲义- 应力分析理论及规范应力

Pipe Stress Analysis Using CAESAR II Pi St A l i U i CAESAR II AECsoft

综述 z应力分析的目的 z应力分类 z失效理论 z应力增大系数介绍 z规范应力公式归纳综述

Course Objectives培训课程目标Course Objectives z掌握管道柔性设计方法和应力分析基础理论z正确建立分析模型 z正确理解结果阐述与解释 z高效地改造管道系统 z熟悉CAESAR II的操作与实际应用 其 a其它……?

为什么要做管道应力分析？ z为了保持管道应力在规范许用应力范围以内。 z为了使持设备管口载荷在许用值以内或符合制造商或公认的标准。(如 ,等等) NEMASM23 ，API610 , API617 。 z为了使与管道相连接的容器应力保持在ASME 第八部分容器设计规范的许用范围内 的许用范围内。 z计算出各种支撑及约束的设计载荷，为支架设计提供载荷依据。 z查看管道位移进行碰撞检查 解决管道动力学问题例如它们是机械振动声频振动流体锤脉z解决管道动力学问题。例如它们是:机械振动，声频振动，流体锤，脉 动，瞬间流动，安全阀的泄放。 z优化管道设计

应力分析前期所需准备的资料 z系统信息: 应力轴侧图--应力分析轴测图是一简图，画着与应力轴相同的系统，它给观察者个明显的管系三维印象。进行管道应力分析需获得的系统它给观察者一个明显的管系三维印象进行管道应力分析需获得的 设计数据包括管子的材料及尺寸，操作参数，如:温度、压力、流量等:规范的应力许用值及载荷参数，包括:保温、重量，外部设备的运动及风和 地震的影响。 z设计规则：选择准确的管道设计规范

应力场分析与裂缝预测

《应力场分析与裂缝预测》教学大纲 （2004年制定，2012年第二次修改） 课程名称：应力场分析与裂缝预测 课程英文名称：Stress Field Analysis and Fracture Prediction 课内学时：32 课程学分：2 课程性质：学位课开课学期：每学年第一学期 教学方式：课堂讲授考核方式（考试/考查）：考试 大纲执笔人：曾联波主讲教师：曾联波 师资队伍：曾联波、童亨茂、陈书平 一、课程内容简介 《应力场分析与裂缝预测》是地质学专业和资源勘探与地质工程专业硕士研究生的一门专门课程。讲授古、现应力场和储层裂缝的研究方法及其在油气勘探与开发中的应用，包括应力与应力场的基础概念、古构造应力场分析方法、现今地应力测量方法、裂缝的基础知识，裂缝定量预测方法、古应力场在油气勘探中的应用、现今地应力和裂缝在低渗透油气田开发中的应用。本门课程为32学时，2学分。 二、课程目的和基本要求 课程的目的是培养学生掌握古、今应力场分析与储层裂缝预测的基本理论和方法分析油田应力场分布及进行储层裂缝预测的基本能力。《应力场分析与裂缝预测》课程涉及构造地质学、地质力学、储层地质学、岩石力学、石油地质学和油气藏工程等多方面的基本知识，要求学生系统学习了大学本科地质类专业的构造地质学、固体力学、石油地质学和储层地质学等课程。 学完本课程后，应达到以下基本要求： 1．了解应力、应力场和裂缝的基本概念及基本分布特征； 2．掌握古应力场研究方法及进展，并能运用这些基本方法分析油田古应力场分布和指导油气勘探； 3．掌握现今地应力测量方法，并能运用这些方法分析低渗透油气田的地应力分布和指导油气田开发。 4. 掌握储层裂缝的研究和预测方法，并能运用这些方法研究和预测低渗透储层裂缝的分布规律。 三、课程主要内容 §1. 应力场分析和裂缝预测的基础知识（4学时） §1.1应力、应力场和裂缝的基本概念。 §1.2应力场和裂缝研究的基本内容与方法。 §1.3应力场分析和裂缝预测的研究现状与发展趋势。 §1.4应力场分析和裂缝预测的研究意义。 §2. 现今地应力测量方法（4学时） §2.1现场地应力测量方法。 §2.2岩心地应力测量方法。 §2.3测井地应力分析方法。 §2.4地应力的分布规律及影响因素 §3. 古构造应力场分析方法（6学时） §3.1古构造应力方向分析方法。

8章应力分析·强度理论

材 料 力 学 ·170 · 第8章 应力分析·强度理论 8.1 概 述 前面几章中，分别讨论了轴向拉伸与压缩、扭转和弯曲等几种基本变形构件横截面上的应力，并根据相应的实验结果，建立了危险点处只有正应力或只有切应力时的强度条件 []max σσ≤或[]max ττ≤ 式中：max σ或max τ为构件工作时最大的应力，由相关的应力公式计算；[]σ或[]τ为材料的许 用应力，它是通过直接实验（如轴向拉伸或纯扭），测得材料相应的极限应力，再除以安全因数获得的，没有考虑材料失效的原因。这些强度条件的共同特点是：其一，危险截面的危险点只有正应力或只有切应力作用；其二，都是通过实验直接确定失效时的极限应力。 上述强度条件对于分析复杂情形下的强度问题是远远不够的。例如，仅仅根据横截面上的应力，不能分析为什么低碳钢试样拉伸至屈服时，表面会出现与轴线成45°角的滑移线；也不能分析铸铁圆试样扭转时，为什么沿45°螺旋面断开；根据横截面上的应力分析和相应的实验结果，不能直接建立既有正应力又有切应力存在时的强度条件。 实际工程中，构件受力可能非常复杂，从而使得受力构件内截面上一点处往往既有正应力，又有切应力。对于这些复杂的受力情况，一方面要研究通过构件内某点各个不同方位截面上的应力变化规律，从而确定该点处的最大正应力和最大切应力及其所在的截面方位；另一方面需要研究材料破坏的规律，找出材料破坏的共同因素，通过实验确定这一共同因素的极限值，从而建立相应的强度条件。 本章主要研究受力构件内一点的应力状态，应力与应变之间的关系（广义胡克定律）以及关于材料破坏规律的强度理论，从而为在各种应力状态下的强度计算提供必要的理论基础。 8.2 一点的应力状态·应力状态分类 受力构件内一点处不同截面上应力的集合，称为一点的应力状态。为了描述一点的应力状态，在一般情况下，总是围绕这点截取一个3对面互相垂直且边长充分小的正六面体，这一六面体称为单元体。当受力构件处于平衡状态时，从构件内截取的单元体也是平衡的，单元体的任何一个局部也必是平衡的。所以，当单元体3对面上的应力已知，就可以根据截面法求出通过该点的任一斜截面上的应力情况。因此，通过单元体及其3对互相垂直面上的应力，可以描述一点的应力状态。 为了确定一点的应力状态，需要先确定代表这一点的单元体的6个面上的应力。为此，在单元体的截取时，应尽量使其各面上应力容易求得。

第四节 拱坝的应力分析

第四节拱坝的应力分析 一、拱坝应力分析的常用方法 拱坝是一个空间弹性壳体，其几何形状和边界条件都很复杂，难以用严格的理论计算求解拱坝坝体应力状态。在工程设计中，常作一些必要的假定和简化，使计算成果能满足工程需要。拱坝应力分析的常用方法有圆筒法、纯拱法、拱梁分载法、壳体理论计算方法、有限单元法和结构模型试验法等。 (1)纯拱法: 假定拱坝由许多互不影响的独立水平拱圈组成，不考虑梁的作用，荷载全部由拱圈承担。计算简单，但结果偏大，尤其对厚拱坝。对薄拱坝和小型工程较为适用。 (2) 拱梁分载法: 假定拱坝由许多层水平拱圈和铅直悬臂梁组成，荷载由拱梁共同承担，按拱、梁相交点变位一致的条件将荷载分配到拱、梁两个系统上。梁是静定结构，其应力容易计算；拱的应力则按弹性固端拱进行，计算结果较为合理，但计算量大，需借助计算机，适于大、中型拱坝。 拱冠梁法: 最简单的拱梁分载法，可采用拱冠梁作为所有悬臂梁的代表与许多拱圈组成拱梁系统，按拱、梁交点径向线变位一致的条件来建立变形协调方程, 并进行荷载分配, 可大大减少工作量。 拱冠梁法的主要步骤是： ①选定若干拱圈，分别计算各拱圈拱顶以及拱冠梁与各拱圈交点在单位径向荷载作用下的变位，这些变位称为―单位变位‖； ②根据各共轭点拱、梁径向变位协调的关系以及各点荷载之和应等于总荷载强度的要求建立变位协调方程组； ③将上述方程组联立求解，得出各点的荷载分配； ④根据求届的荷载分配值，分别计算拱冠梁和各拱圈的内力和应力。 1、基本算式 如图3.13所示，将拱坝从坝顶到坝底划分为5–7层水平拱圈，拱圈各高1m，令各划分点的序号为自坝顶至坝底 ，各层拱圈之间取相等距离。 由拱冠梁和各层拱圈交点处径向变位一致的条件，可以列出方程组为 式中 ，2，3…，，拱冠梁与水平拱交点的序号，即拱的层数； ——单位荷载作用点的序号 ——作用在第层拱圈中面高程上总的水平径向荷载强度，包括水压力，泥沙压力等； ——拱冠梁在第层拱高程上所分配到的水平径向荷载，为未知数； （）——第层拱圈所分配的水平径向均布荷载强度； ——梁在 点所分配到的荷载强度；

拱坝的分析方法

拱坝的分析方法 拱坝是一个空间弹性壳体，其几何形状和边界条件都很复杂，难以用严格的理论计算求解拱坝坝体应力状态。在工程设计中，常作一些必要的假定和简化，使计算成果能满足工程需要。拱坝应力分析的常用方法有圆筒法、纯拱法、拱梁分载法、壳体理论计算方法、有限单元法和结构模型试验法等。 (1)纯拱法：假定拱坝由许多互不影响的独立水平拱圈组成，不考虑梁的作用，荷载全部由拱圈承担。计算简单，但结果偏大，尤其对厚拱坝。对薄拱坝和小型工程较为适用。 (2) 拱梁分载法：假定拱坝由许多层水平拱圈和铅直悬臂梁组成，荷载由拱梁共同承担，按拱、梁相交点变位一致的条件将荷载分配到拱、梁两个系统上。梁是静定结构，其应力容易计算；拱的应力则按弹性固端拱进行，计算结果较为合理，但计算量大，需借助计算机，适于大、中型拱坝。 (3)拱冠梁法：最简单的拱梁分载法，可采用拱冠梁作为所有悬臂梁的代表与许多拱圈组成拱梁系统，按拱、梁交点径向线变位一致的条件来建立变形协调方程, 并进行荷载分配, 可大大减少工作量。 (4)壳体理论计算方法：采用壳体理论计算拱坝应力的近似方法，早在30年代就由P托克尔提出。由于坝体形状和几何尺度的变化以及边界条件的复杂性，使这一方法受到很大限制。近年来由于计算机技术的发展，使这一方法取得了新进展。网格法就是应用有限差分解算壳体方程的一种计算方法，它适用于薄拱坝。中国广东泉水双曲拱

坝用网格法进行应力计算，效果较好。 (5)有限单元法：将地基和坝体划分为有限数量的单元，以节点相连接，用离散模型代替连续体结构进行坝内各单元的应力和变位计算，能正确反映施工过程对应力的影响，能解决复杂边界条件和材料不均匀的问题，适用而有效，但计算量相当大，必须借助于计算机才能完成。

拱坝基本参数应力分析毕业论文

拱坝基本参数应力分析毕业 论文 目录 第一章拱坝基本参数计算 (2) 1.1坝顶高程的确定 (2) 1.1.1坝顶超高计算 (2) 1.1.2坝顶高程计算 (3) 1.2坝型方案及结构布置 (3) 第二章应力分析 (6) 2.1 荷载计算 (6) 2.1.1自重 (6) 2.1.3泥沙压力 (9) 2.1.4扬压力 (10) 2.1.5温度荷载 (11) 2.2 地基位移计算 (12) 2.3拱冠应力分析（拱冠梁法） (15) γγ的确定 (38) 2.2.3拱冠径向变位系数, i i 2.2.4拱冠梁变位的计算 (41)

2.2.5拱冠梁应力计算 (44) 2.2.6拱圈应力计算 (52) 第三章坝肩稳定分析 (56) 3.1 稳定分析 (56) 3.1.1计算式 (56) 3.1.2分析过程 (57) 第四章溢流设计及消能防冲设计 (60) 4.1溢流面计算 (60) 4.2下游消能防冲复核 (60) 第一章拱坝基本参数计算 1.1坝顶高程的确定 1.1.1坝顶超高计算 根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）规定：龙源口水库设计洪水标准采用50年一遇，校核洪水标准采用500年一遇，按照《浆砌石坝设计规》SL25—91，《砼拱坝设计规》SL282—2003中规定计算大坝需要的坝顶超高。坝顶超高按下式计算： △h=Zh i+h0+h C 式中：Zh i—波浪高（m） h0—波浪中心线至水库静水位的高度（m） h C—安全超高（m）（正常运行情况h C=0.4m，非常运行情况h C =0.3m） g(Zhi)/V△2=0.0076V0-1/12(gD/V02)1/3

华北地区构造应力场研究

科技信息2011年第27期 SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 华北地区构造应力场研究 李富涛1孟昭焕2贾宝刚1 (1.山东省煤田地质局物探测量队山东泰安271021；2.莱芜市国土资源局山东莱芜271100) 【摘要】本文结合相关数据、模型和软件分别利用重力场、重力垂线偏差与构造应力场的内在关系式对华北地区陆地构造应力值进行了计算，通过对相关数据结果进行对比分析，总结并得出了华北地区重力总水平梯度、构造应力场和研究方法本身的一些规律和特征。 【关键词】重力场；重力水平梯度；垂线偏差；构造应力 0引言构造应力场是地球动力学研究领域一个重要的组成部分。由于我 们不能直接测量得到浅层地表以外的岩石圈构造应力场，一些学者于 是另辟蹊径，以可以直接测量得到的相关区域重力数据为参考，通过 研究构造应力场与重力场之间的内在关系的方法而最终获得构造应 力场数据。在这方面，典型的代表人物有游永雄、向文、方剑等。游永雄 曾利用重力场研究了包括华北地区在内的多个地区的构造应力场情 况，本文即利用近似方法专门针对华北地区东经[106°，124°]、北纬[31° 43°]范围的大陆构造应力场进行更加细致地研究[1]，以期使得对该区 域构造应力场及其变化规律和研究手段本身认识得更加详尽。 1 重力和垂线偏差场转换构造应力场公式1.1利用重力场计算华北地区构造应力场 游永雄推导了重力场转换构造应力场的公式即[2]：Δσxx ＝g ρx ，y m g x （1）其中，Δσxx 代表构造应力；g 为正常重力；f 为引力常量；ρx ，y 为均衡 改正的单位均衡柱体密度；ρm 为地幔密度；g x 为重力总水平梯度，其水 平分量Δg x 和Δg y 值可用下面公式计算[2][3]： Δg x ＝－1＋∞－∞乙＋∞－∞乙（x－x＇）Δg z ［（x－x＇）2＋（y－y＇）2＋H 2］32dx＇dy 'Δg y ＝－12π＋∞－∞乙＋∞－∞乙（y －y ＇）Δg z ［（x－x＇）2＋（y－y＇）2＋H 2］ 32dx＇dy 乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙'（2）Δg z 是得到的重力异常值，x＇和y '是流动坐标，遍及整个测量区 域，H 是空间延拓高度， 积分面积可以有限化和离散化，以适应计算，本文即以离散化后 2度范围为积分区域来计算。 求g x 的值的计算式为：g x =(Δg x )2+(Δg y )2 姨（3）1.2利用重力垂线偏差计算构造应力场公式 利用垂线偏差计算构造应力场公式如下[2]： Δσxx ＝-g 24πf ρx ，y ·u ρm ·ρ （4）式中，u 代表重力垂线偏差；ρ=206265rad ·s 。 u 的值根据下式计算[4]：u =（ξ2+η2） 1/2（5）其中，ξ为南北垂线偏差（垂线偏差子午圈分量）；η为西东垂线偏 差（垂线偏差卯酉分量）。 2 计算华北地区构造应力场2.1利用重力场计算华北地区构造应力场 本文利用华北地区5′×5′分辨率的DTM 数据、360阶重力场模型 EGM96并借助于PALGrav1.0软件[5]求得该区域布格重力异常值Δg z ， 然后计算得到重力总水平梯度g x 。在此基础上，再利用重力延拓知识[6]， 并根据式（1）分别计算得到了华北地区地表、20公里和40公里深度 处的构造应力值。以下分别是该区5′×5′分辨率DTM 图、重力总水平 梯度图和地表、20公里、40公里深度构造应力场图。 2.2利用重力垂线偏差计算华北地区构造应力场 利用上述同样DTM 数据、重力场模型和软件计算南北垂线偏差 ξ和东西垂线偏差η，然后计算重力垂线偏差u 。根据公式（4）进一步 计算得到该区构造应力值。以下分别是利用垂线偏差计算得到的华北 地区重力总水平梯度图和地表构造应力场图。3分析和讨论 图1华北地区DTM 图（单位：m ）图 2 华北地区重力总水平梯度矢量图（单位：E ） 图3华北地区重力总水平梯度等值线图（单位：E ）图4华北地区地表构造应力场矢量图（单位：MPa ） ○科教前沿○

地壳动力学在石油开发中的应用_四_构造应力场与石油勘探

地壳动力学在石油开发中的应用 ———(四)构造应力场与石油勘探 安　欧 (中国地震局地壳应力研究所　北京　100085) 摘要　本文综述了构造应力场在石油勘探中的应用,包括油田应力测算、成藏构造分析、裂缝分布估测、有利应力区划等,这些正是分析形成油藏的诸因素,用地壳动力学的理论对认识石油生、运、储系统以及油藏的形成帮助我们找到更多的高产油田。 一、油田应力测算 11构造应力场测量 (1)古构造应力测量 要分析测区石油在地质时期的生成、运移、储集规律,须测量该时期的古构造应力场。裂面擦痕法可用来测量古构造应力场中主应力大小和方向。若地区的地形高差小,剪裂面上的擦痕产状受后来构造运动的影响不大,则由区内露头和定向岩心上同一地质时期形成的剪裂面上擦痕方向的统计,可求得裂面形成时期构造应力主分量的方向和大小。 把地理坐标系O 2X YZ 的原点O 取在剪裂面上,X 轴向东,Y 轴向北,Z 轴铅直向上(图1)。图1　岩体剪裂面上盘单位滑动矢量方向在下盘裂面上的几何表示剪裂面的方位用单位法向矢量n 表示,n 在水平面上投影的指向为倾向,用与X 轴的夹角θn 表 示,从X 轴到此投影以逆时针方向为正;n 与水平 面的夹角

混凝土拱坝应力的有限元方法

第３０卷第７期２　０　１　 ２年７月水　电　能　源　科　学 Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．７ Ｊｕｌ．２　０　１　 ２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）０７－００７６－ ０４混凝土拱坝应力分析的有限元方法探讨 燕荷叶 （山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原０３００２４） 摘要：采用有限元法计算拱坝应力时，在拱坝近基础部位存在明显的应力集中，这对计算结果的评价带来了困难。为明确应力集中部位的真实应力水平，以大型分析软件ＡＮＳＹＳ为平台，建立了拱坝三维有限元模型。针对同一模型，在相同荷载作用下，分别采用混凝土单轴强度准则（线性有限元法）和混凝土多参数强度准则（非线性有限元法）进行计算，并分析了非线性有限元法计算中参数ｆｔ值的敏感性。结果表明，两种方法所得的拱坝应力分布规律基本一致，而非线性有限元法可描述坝体在应力水平较大部位是否开裂。关键词：混凝土拱坝；有限元法；应力；开裂；ＡＮＳＹＳ中图分类号：ＴＶ６４２．４ 文献标志码：Ａ 收稿日期：２０１１－１０－１２，修回日期：２０１２－０４－ ２８作者简介：燕荷叶（１９６７－），女，高级工程师，研究方向为水利水电工程规划与设计，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｈｅｙ ｅ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 近年来， 有限元法逐渐用于混凝土拱坝的线弹性分析及弹塑性分析中，它能弥补拱梁分载法的缺点，可考虑地基变形和坝体开裂等各种影响因素，更加符合拱坝的受力特点。但应用有限元法计算坝体应力分布时， 在拱坝近基础部位存在明显的应力集中问题，加之对裂缝发展规模缺乏 统一的认识，该法的应用也受到限制［ １，２］ 。为此，本文以大型分析软件ＡＮＳＹＳ为平台， 建立了拱坝三维有限元模型。针对同一模型及相同的单元划分方式，在相同的荷载作用下，分别采用Ｄｕｒｃｋｅｒ－Ｐｒａｇ ｅｒ准则（线性有限元法）和Ｗｉｌｌｉａｍ－Ｗａｒｎｋｅ五参数准则（非线性有限元法）进行计算，获取了拱坝应力计算结果，并对非线性有限元法计算中参数ｆｔ值的敏感性进行了分析，获得了一些有益的结论，可供借鉴。 １　计算模型 （１ ）基本资料。某混凝土拱坝工程为Ⅱ等工程，拦河坝为混凝土抛物线双曲拱坝，为２级建筑物。最大坝高９８．５ｍ，坝顶高程８８４．０ｍ，坝顶宽８．０ｍ，坝底宽３１．０ｍ；坝身为表孔泄洪，表孔布置于坝顶中部，孔宽、高均为１２．０ｍ，堰顶高程８７２．０ｍ。 （２）计算模型。有限元计算整体模型包括坝体和地基。基础范围向上游取１００ｍ、下游和底部均取２００ｍ。网格划分采用八节点六面体实体 单元， 整体有限元计算模型和坝体有限元计算模型见图１， 其中节点总数为２９　５９０个，单元总数为２５　 ０７８个。整体模型基础部分约束情况为：地基底部为三向约束，上下游面及左右侧面均为法向链杆约束。计算模型应用的坐标系为：水流方向为ｘ轴，向下游为正；沿高度方向为ｙ轴，向上为正；垂直水流方向为ｚ轴，向右岸为正。整体坐标系原点在坝上游面右深孔中心线位置。 图１　整体有限元计算模型和坝体有限元计算模型Ｆｉｇ． １　Ｗｈｏｌｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ａｒｃｈ　ｄａｍｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　 ｍｏｄｅｌ（３ ）材料参数。坝体混凝土及岩体物理力学参数见表１。 表１　坝体混凝土及岩体物理力学参数Ｔａｂ．１　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃ　ｐ ａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆｄａｍ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｄ　 ｒｏｃｋ材料 重度 弹性模量Ｅ 变形模量 泊松比μ 线膨胀系数／℃ －１导温 系数坝体混凝土２　４００　２８　 ０．１６７　８． ３×１０－６　 ３岩体 ２　７００　 １０（１５）０．２７０（０．２１０）１．０×１０－５ ３ 注：坝体混凝土标号为Ｃ２５；岩体高程为８５９ｍ以上（ 下）。重度单位为ｋｇ／ｍ３；弹性模量、变形模量单位均为ＧＰａ；导温系数单位为ｍ２／ｈ 。

ANSYS基础教程——应力分析

ANSYS基础教程——应力分析 关键字：ANSYS 应力分析 ANSYS教程 信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享 应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析，应力分析包括如下几个类型:静态分析瞬态动力分析、模态分析谱分析、谐响应分析显示动力学，本文主要是以线性静态分析为例来描述分析，主要内容有：分析步骤、几何建模、网格划分。 应力分析概述 ·应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析。 ANSYS 的应力分析包括如下几个类型: ●静态分析 ●瞬态动力分析 ●模态分析 ●谱分析 ●谐响应分析 ●显示动力学 本文以一个线性静态分析为例来描述分析步骤,只要掌握了这个分析步骤，很快就会作其他分析。 A. 分析步骤 每个分析包含三个主要步骤:

·前处理 –创建或输入几何模型 –对几何模型划分网格 ·求解 –施加载荷 –求解 ·后处理 –结果评价 –检查结果的正确性 ·注意！ANSYS 的主菜单也是按照前处理、求解、后处理来组织的；

·前处理器(在ANSYS中称为PREP7)提供了对程序的主要输入； ·前处理的主要功能是生成有限元模型，主要包括节点、单元和材料属性等的定义。也可以使用前处理器PREP7 施加载荷。 ·通常先定义分析对象的几何模型。 ·典型方法是用实体模型模拟几何模型。 –以CAD-类型的数学描述定义结构的几何模型。 –可能是实体或表面，这取决于分析对象的模型。 B. 几何模型 ·典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的。 –体由面围成，用来描述实体物体。 –面由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。 –线由关键点组成，用来描述物体的边。 –关键点是三维空间的位置，用来描述物体的顶点。

有限元分析理论基础

有限元分析概念 有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件 有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。 有限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。并利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 线弹性有限元是以理想弹性体为研究对象的，所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在这类问题中，材料的应力与应变呈线性关系，满足广义胡克定律；应力与应变也是线性关系，线弹性问题可归结为求解线性方程问题，所以只需要较少的计算时间。如果采用高效的代数方程组求解方法，也有助于降低有限元分析的时间。 线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面。 非线性问题与线弹性问题的区别： 1）非线性问题的方程是非线性的，一般需要迭代求解； 2）非线性问题不能采用叠加原理； 3）非线性问题不总有一致解，有时甚至没有解。 有限元求解非线性问题可分为以下三类：

1）材料非线性问题 材料的应力和应变是非线性的，但应力与应变却很微小，此时应变与位移呈线性关系，这类问题属于材料的非线性问题。由于从理论上还不能提供能普遍接受的本构关系，所以，一般材料的应力与应变之间的非线性关系要基于试验数据，有时非线性材料特性可用数学模型进行模拟，尽管这些模型总有他们的局限性。在工程实际中较为重要的材料非线性问题有：非线性弹性（包括分段线弹性）、弹塑性、粘塑性及蠕变等。 2）几何非线性问题 几何非线性问题是由于位移之间存在非线性关系引起的。 当物体的位移较大时，应变与位移的关系是非线性关系。研究这类问题一般都是假定材料的应力和应变呈线性关系。它包括大位移大应变及大位移小应变问题。如结构的弹性屈曲问题属于大位移小应变问题，橡胶部件形成过程为大应变问题。 3）非线性边界问题 在加工、密封、撞击等问题中，接触和摩擦的作用不可忽视，接触边界属于高度非线性边界。 平时遇到的一些接触问题，如齿轮传动、冲压成型、轧制成型、橡胶减振器、紧配合装配等，当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界条件。 实际的非线性可能同时出现上述两种或三种非线性问题。

变分原理基础_讲义

变分原理基础 罗建辉 2009年夏季

1 能量原理 能量原理是以能量形式表述的力学定律。概括地说，在所有满足一定的约束条件的可能状态中，真实状态应使其能量取极值或驻值。 本课程讨论结构力学、弹性力学、薄板的能量原理，只讨论线性平衡问题。 2 弹性系统真实平衡状态的能量特征举例 从能量角度看，弹性系统的真实平衡状态具有如下的能量特征：即与其他可能状态相比，真实状态的能量为极值或驻值。对这一能量特征举几个简例。 例0—1. 弹簧系统真实平衡状态的能量特征 图0—1 所示为一弹簧下端挂一重物。弹簧的刚度系数为k ，重物的重力为P 。用?表示位移，当弹簧系统处于平衡状态时，求得位移?的真解为 k P = ?=?0)(真解 (1) 真解的能量特征是弹簧系统的势能p ∏为极小。现检验如下： ? -?= ∏ P k p 2 2 1 (2) 式(2)右边第一项是弹簧的应变能，第二项是重力P 的势能。系统势能p ∏是位移?的二次式。由式(2)得 2 2 1()2 2p P P k k k ∏ = ?- - (3) 现考察真解的能量特征。显然，真解(1)使势能p ∏取极小值。 换一个角度，求p ∏的一阶及二阶导数，得 P k d d p -?=? ∏ (4) 2 2>=? ∏k d d p (5) 将真解(1)代入式(4)，得 0=? ∏d d p ，故知势能p ∏ 为驻值。根据式(5)，又知势能p ∏ 变分原理 广义变分原理 单变量形式 多变量形式

为极小值。 例0—2 超静定梁真实平衡状态的能量特征 图0—2a 所示为一超静定梁，取图0—2b 所示静定梁为其基本结构。根据平衡条件，基本结构的弯矩可表示为 P M X M M +=11 (6) 其中p M 是在荷载作用下基本结构的弯矩，1M 是在单位多余力11 =X 作用下基 本结构的弯矩，1X 是任意值。 式(6)同时也是超静定梁满足平衡条件的可能弯矩，由于1X 是任意参数，因此超静定梁的可能弯矩尚未唯一确定。为了确定1X 的真解，还必须应用变形协调条件 )(1111=?+p X 真解δ (7) 式中 ? = ?dx EI M M p p 11 (8) ? = dx EI M 2 111δ 试验证真解的能量特征是梁的余能c ∏为极小值，余能c ∏的表示式为 dx M X M EI dx EI M p c ? ? += = ∏2 112 )(212 (9) 余能c ∏是1X 的二次函数，由式(9)得 1111 11222 112 2 12 12 2 11112 2 2 11111111 1 1(2)2 1[2] 21[2] 2 1 [()] 2p c p p p p p p p p M X M M X M dx EI M dx M M dx M dx X X EI EI EI M dx X X EI M dx X EI δδδδ∏=++=++=+?+=+?-?+?? ? ? ? ? (10) 由式(10)可知变形协调条件(7)使余能c ∏取极小值。换一个角度，求c ∏的一阶及二阶导数，得 p p c X dx M M X M EI dX d 11111111 )(1?+=+= ∏? δ (11) 1121 2>=∏δdX d c (12) 由于真解满足式(7)，代入式(11)，得0 1 =∏dX d c ，故知余能c ∏为驻值。根据式 (12)，又知余能c ∏为极小值。 3 基本能量原理

第三章构造研究中的应力分析基础

第三章 构造研究中的应力分析基础 一、应力 内力与面力、体力、外力、内力等概念不同，在固体力学中应用广泛。物体的变形是由内力直接引起的（外力仅是引起内力改变的原因），因而在固体力学中更关心物体内部各部分之间的内力的变化情况，因而引入“应力”这个概念。 为了研究物体内部某点的内力分布状态，通常设想过该点作一个微小面积的截面。设这一微小截面的面积为ΔF ，作用在该截面上的内力为ΔP ，则将 称为该点处该截面上的应力。由于内力是矢量，应力也是矢量。 由于ΔF 截面上的内力P 可以分解为垂直于截面的内力分量N 和平行于截面的内力分量T ，相应地，应力也可以分解为垂直于截面的应力（σ）和平行于截面的应力（τ） 垂直于截面的应力（σ）称为该截面上的正应力，平行于截面的应力（τ）称为该截面上的剪应力。 二、主应力、主方向和主平面 在物体内部的某点处总是可以找到这样一个包含该点的微小的正六面体（立方体），它的三对正交截面上没有剪应力而只有正应力作用，这种情况下的三对正应力称为该点的主应力，分别用σ1、σ2、σ3表示，并规定压应力为正，拉应力为负，在代数值上保持σ1＞σ2＞σ3。 主应力的方向称为该点的应力主方向，三对截面则称为该点的三个主平面。 一点的3个主应力决定了该点的应力状态，当3个主应力中有两个为零时称单轴应力状态；有1个为零时称双轴应力状态或平面应力状态；当3个主应力都不为零时称为三轴应力状态。 三、应力莫尔圆 应力莫尔圆是一种重要的图解方法，可以直观地表示一点的应力状态。 以横坐标代表正应力σ，纵坐标代表剪应力τ，根据σ1、σ2和σ3的大小作出的用以反映一点应力状态的一个圆就是应力莫尔圆。 1．单轴应力状态的二维应力莫尔圆 圆上任一点的坐标代表与主应力σ1呈θ夹角的截面上所受到的正应力和剪应力。（其中θ是过该点的半径与横坐标轴所呈夹角的一半）。 2．双轴应力状态的二维应力莫尔圆 与单轴应力状态类似，圆上任一点的坐标代表与主应力σ1呈θ夹角的截面上所受到的正应力和剪应力。（其中θ是过该点的半径与横坐标轴所呈夹角的一半）。 从单轴和双轴应力莫尔圆上可以看出： （1）剪应力互等定律：在两个相互垂直的截面上剪应力大小相等，方向相反； （2）正应力之和守恒：在两个相互垂直的截面上正应力之和不变，等于主应力之和； （3）在与最大主应力σ1呈45?和135?的截面上所受到的剪应力最大。 3．三轴应力状态的三维应力莫尔圆 三个分别包含σ1和σ2轴、σ2和σ3轴、σ1和σ3轴的3个二维应力莫尔圆共同组成的区域内的任一点的横坐标和纵坐标即代表了三维空间中某截面上的正应力和剪应力。 该图上也可以看出最大剪应力位于σ1和σ3构成的应力圆上，位于与σ1呈45?或135?夹角的截面上。 p dF dP F P F ==??→?0lim dF dT dF dN F F 0 0lim lim →?→?=＝和τσ

应力分析基础理论讲义

管道应力分析基础理论 管道应力分析主要包括三方面内容：正确建立模型、真实地描述边界条件、正确地分析计算结果。所谓建立模型就是将所分析管系的力学模型按一定形式离散化，简化为程序所要求的数学模型，模型的真实与否是做好应力分析的前提条件。应力分析的根本问题就是边界条件问题，而体现在工程问题上就是约束（支架）、管口等具体问题的模拟，真实地描述这些边界条件，才能得到正确的计算结果。要想能够熟练而正确地分析结果，首先会正确设计支吊架，有一定的相关理论知识如工程力学，流体力学，化工设备及机械等，另外需在一定时间内不断摸索，总结出规律性的问题。 第一章管道应力分析有关内容 1.1 管道应力分析的目的 进行管道应力分析的问题很多CAESARII解决的问题主要有： 1、使管道各处的应力水平在规范允许的范围内。 2、使与设备相连的管口载荷符合制造商或公认的标准（如 NEMASM23，API610 API617等标准）规定的受力条件。 3、使与管道相连的容器处局部应力保持在ASME第八部分许用应力范围内。 4、计算出各约束处所受的载荷。 5、确定各种工况下管道的位移。 6、解决管道动力学问题，如机械振动、水锤、地震、减压阀泄放等。

7、帮助配管设计人员对管系进行优化设计。 1.2 管道所受应力分类 1.2.1 基本应力定义 轴向应力（Axial stress）： 轴向应力是由作用于管道轴向力引起的平行管子轴线的正应力，：S L＝F AX/A m 其中 S L＝轴向应力MPa F AX＝横截面上的内力N A m＝管壁横截面积mm2=π（do2-di2)/4 管道设计压力引起的轴向应力为S L＝Pdo/4t 轴向力和设计压力在截面引起的应力是均布的，故此应力限制在许用应力[σ]t范围内。 弯曲应力（bending stress）： 由法向量垂直于管道轴线的力矩产生的轴向正应力。 S L=M b c/I 其中： M b=作用在管道截面上的弯矩N.m C－从管道截面中性轴到所在点的距离mm I－管道横截面的惯性矩mm4=π(d o4－d l4）/64 当C达到最大值时，弯曲应力最大 S max=M b R0/I= M b/Z