Ansys后處理該看的那些應(yīng)力【轉(zhuǎn)】

2017-03-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

《ansys后處理該看的那些應(yīng)力》

昨天看文獻和論壇(有一些是老帖),發(fā)現(xiàn)一個問題,貌似有一些朋友在用ANSYS進行實體分析的時候,只是提供了各種各樣的應(yīng)力云圖,有時說一說XYZ方向的應(yīng)力,有時說等效應(yīng)力、von misses應(yīng)力……貌似語言說明部分也不是很明確。這其實就是基礎(chǔ)的材料力學問題,我來說說我的總結(jié):

什么時候可以查看某方向的應(yīng)力

應(yīng)力的定義,沒必要再重復(fù)了。我們分析后查看應(yīng)力,目的就是在于確定該結(jié)構(gòu)的承載能力是否足夠。那么承載能力是如何定義的呢?比如混凝土、鋼材,應(yīng)該就是用萬能壓力機進行的單軸破壞試驗吧。也就是說,我們在ANSYS計算中得到的應(yīng)力,總是要和單軸破壞試驗得到的結(jié)果進行比對的。所以,當有限元模型本身是一維或二維結(jié)構(gòu)時,通過查看某一個方向,如plnsol,s,x等,是有意義的。但三維實體結(jié)構(gòu)中,應(yīng)力分布要復(fù)雜得多,不能僅用單一方向上的應(yīng)力來代表結(jié)構(gòu)此處的確切應(yīng)力值——于是就出現(xiàn)了強度理論學說。

回顧–材料力學中的四種強度理論

1、第一強度理論:最大拉應(yīng)力強度理論

該理論認為,材料破壞的主要因素是最大拉應(yīng)力,無論何種狀態(tài),只要最大拉應(yīng)力達到材料的單向拉伸斷裂時的最大拉應(yīng)力,則材料斷裂。其中,某點的最大拉應(yīng)力數(shù)值,就是其第一主應(yīng)力數(shù)值。

2、第二強度理論:最大拉應(yīng)變理論

該理論認為,引起材料破壞的主要因素,是最大拉應(yīng)變。無論何種狀態(tài),只要最大拉應(yīng)變達到材料拉伸斷裂時的最大應(yīng)變值,則材料斷裂。此時,形式上將主應(yīng)力的某一綜合值與材料單向拉伸軸向拉壓許用應(yīng)力比較,這個綜合值就是等效應(yīng)力——equivalent stress。相關(guān)公式:

3、第三強度理論:最大切應(yīng)力理論

該理論認為,引起材料屈服的主要因素是最大切應(yīng)力,不論何種狀態(tài),只要最大切應(yīng)力達到材料單向拉伸屈服時的最大切應(yīng)力,則認為材料屈服。相關(guān)公式:

4、第四強度理論:畸變能理論

該理論認為,彈性體在外力作用下產(chǎn)生變形,荷載做功、彈性體變形儲能,稱之為應(yīng)變能(分為畸變能和體積的改變能)。引起材料屈服的主要因素是畸變能密度,無論何種狀態(tài),只要畸變能密度達到材料單向拉伸屈服時的畸變能密度,材料就屈服。相關(guān)公式為:

ANSYS后處理中應(yīng)力查看總結(jié)

平面結(jié)構(gòu),查看某方向應(yīng)力;

實體脆性結(jié)構(gòu),如混凝土、巖石、鑄鐵等,根據(jù)第一、第二強度理論,查看項目為第一主應(yīng)力或等效應(yīng)力;

塑形較強的實體結(jié)構(gòu),根據(jù)第三、第四強度理論,查看項目為應(yīng)力強度(stress intensity)或Von Misses應(yīng)力;

總的來說,宗旨就是把各項分布的應(yīng)力,換算成單向應(yīng)力,與規(guī)范規(guī)定的容許應(yīng)力進行比較

von Mises stresses在力學中是叫馮.米塞斯應(yīng)力,在有限元分析中經(jīng)常會出現(xiàn)von Mises seqv就是馮.米塞斯等效應(yīng)力,這個要在<彈塑性力學>查看

von mises stresses叫做等效應(yīng)力,與表面壓力完全不是一個概念,同時等效應(yīng)力是根據(jù)具體情況而定的,如果第一主應(yīng)力影響最大,那么它幾乎就等于第一主應(yīng)力,如果生物材料中剪切應(yīng)力最大,它就與剪切應(yīng)力近似相等

von Mises stress是計算物體的畸變能

應(yīng)力可以分成兩種

一個是改變大小的應(yīng)力(Hydrostatic:東西置入靜水壓的情況)

一個是改變形狀的應(yīng)力

而von Mises stress是屬於第二種情形

有很多人會用Von Mises stress來分析結(jié)果

但前提是延性(ductile)材料(例如:韌帶)才適合用Von Mises stress來分析

mises stress實際上就是應(yīng)力偏量的第二不變量(J2),應(yīng)力偏量的表達形式更簡潔。但這都不是重點,重點是它出現(xiàn)最常用的屈服準則中,原因是它形式簡單,最容易放到計算中去,跟簡單拉伸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有直接的對照(在偏量表達式中,mises stress和effective plastic strain那些奇怪的2/3 3/2就是為了和簡單拉伸關(guān)系對應(yīng)。)在最常用的associate plasticity law中,屈服面的函數(shù)也就是勢函數(shù),所以mises stress在流動準則中也很重要。因此在很多以微裂紋,孔洞為基礎(chǔ)的損傷力學中,它和靜水壓一起可以作為損傷的參數(shù)。

Von Mises應(yīng)力是基于剪切應(yīng)變能的一種等效應(yīng)力

其值為(((a1-a2)^2+(a2-a3)^2+(a3-a1)^2)/2)^0.5

其中a1,a2,a3分別指第一、二、三主應(yīng)力,

^2表示平方,^0.5表示開方。

后處理節(jié)點應(yīng)力中x,y,z方向應(yīng)力和第一、二、三主應(yīng)力就不介紹了,stress intensity(應(yīng)力強度),是由第三強度理論得到的當量應(yīng)力,其值為第一主應(yīng)力減去第三主應(yīng)力。Von Mises是一種屈服準則,屈服準則的值我們通常叫等效應(yīng)力。Ansys后處理中"Von Mises Stress"我們習慣稱Mises等效應(yīng)力,它遵循材料力學第四強度理論(形狀改變比能理論)。

第三強度理論認為最大剪應(yīng)力是引起流動破壞的主要原因,如低碳鋼拉伸時在與軸線成45度的截面上發(fā)生最大剪應(yīng)力,材料沿著這個平面發(fā)生滑移,出現(xiàn)滑移線。這一理論比較好的解釋了塑性材料出現(xiàn)塑性變形的現(xiàn)象。形式簡單,但結(jié)果偏于安全。第四強度理論認為形狀改變比能是引起材料流動破壞的主要原因。結(jié)果更符合實際。

一般脆性材料,鑄鐵、石料、混凝土,多用第一強度理論。考察絕對值最大的主應(yīng)力。

一般材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形,以流動形式破壞時,應(yīng)該采用第三或第四強度理論。壓力容器上用第三強度理論(安全第一),其它多用第四強度理論.

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