应力线性化在水泵结构分析中的应用
1 概述水泵作为承压部件，其设计强度与一般的压力容器有很多共同点。因此，参照压力容器的校核准则，要保证水泵在设计压力作用下不会发生塑形失效。应力线性化是针对压力容器设计的规范验算提供的一项计算功能。按照容标委的规范设定一个应力分类线，然后对应力分类线上的应力强度分布进行应力分类，也就是按照力平衡原则将应力分解为线性成分和非线性成分，这些数据是进行压力容器设计校验做需要的规范数据。在对水泵进行强度校核时，也会应用应力线性化对结构件的关键位置进行应力评定。
应力线性化原理内嵌在一些有限元软件的后处理中，能够快速实现应力评定。本文以某型号水泵为例，对其抗震分析结果进行应力评定以作说明。
2 分类应力强度的评定
压力容器规范中，应力从不同角度分类：从范围分总体应力和局部应力；按沿壁厚的分布情况分为均匀分布（薄膜应力），线性分布（弯曲应力）和非线性分布应力；按性质分为一次应力、二次应力和峰值应力。这些应力往往相互交叉，常用的有一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力、一次弯曲应力、峰值应力等。
应力分析和应力分类的强度评定中通常采用第三强度理论，即最大剪应力理论。评定时，选取穿过壁厚或者经过关键位置的评定线，即确定路径，将评定线上的应力分解为薄膜应力、弯曲应力和峰值应力，求取应力强度，按照不同准则进行评定。
如下表所示，Sm为设计许用应力，Sa为疲劳曲线得到的许用应力强度幅。
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表1 分类应力强度的评定３ 水泵应力强度评定案例水泵的第一主应力和第三主应力云图如图１所示。
http://www.njtf.cn/ueditor/net/upload/2017-03-13/3c5815aa-4018-470b-81d8-328210e0d942.jpg图１ 水泵第一主应力和第三主应力云图
针对水泵，应力评定只涉及总体一次薄膜应力以及局部薄膜应力与一次弯曲应力之和。以蜗壳内隔板处沿隔板厚度作为评定路径，如图2所示。http://www.njtf.cn/ueditor/net/upload/2017-03-13/c50de82f-91e7-4acc-a1fa-c3fe856dc1e0.png
图2 水泵隔板处评定路径
图3为评定路线上插值各点应力线性化曲线。其横坐标为评定路径上的评定点与起点之间的距离，单位为ｍｍ；其纵坐标为路径上各插值点的应力强度数值，单位为ＭPａ。http://www.njtf.cn/ueditor/net/upload/2017-03-13/7f82b53d-a21b-41b4-96fc-f5a462feaf17.png图3 评定路径上应力曲线 图4为评定路线上插值各点应力线性化数值表。
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图4 评定路径上插值各点的应力线性化数值将评定路径上插值点的分类应力的最大数值提取出来，与限制值进行比较。在该路径上局部膜应力的数值为10.525MPa，膜加弯应力的最大值为13.368 MPa。显然，二者都远小于限制值，因此该路径上应力评定完全满足强度要求。用相同的方法在泵体上隔舌位置等其他关键区域进行应力评定，判断该结构是否满足强度要求。
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