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前面的幾篇文章中，我們介紹完了材料力學的第二章——材料拉伸與壓縮方面的內容以及相應的ANSYS解法，今天我們正式開始學習材料力學第三章——扭轉。
工程中，當直桿受到的外力是作用在垂直于桿軸線的平面內的力偶，桿將會發(fā)生扭轉變形。單純發(fā)生扭轉的桿件不多，但以扭轉為主要變形的卻不少，如傳動軸，鉆桿等。對于這種結構我們可以直接用扭轉變形對其進行強度和剛度校核。
桿的扭轉和桿的拉壓可以
對比學習：桿受到拉（壓）時，產生拉（壓）應力和拉（壓）應變，桿受到扭轉時，產生切應力τ和切應變γ；拉壓時，在比例極限范圍內，拉應力和拉應變成正比，扭轉時，在比例極限范圍內，切應力和切應變成正比。
當我們研究桿件軸力與截面位置的關系時，需要繪制軸力圖；同樣，當我們研究桿件扭矩與截面位置的關系時，需要繪制
扭矩圖。與繪制軸力圖的方法一樣，繪制扭矩圖也用到
截面法來計算扭矩。下面討論例題3-1的材料力學解法和AMSYS解法。
一、材料力學解法：
Step1：分析受力，并計算外力偶矩。受力計算簡圖如下圖所示：
Step2：由軸的計算簡圖，使用截面法計算各軸段的扭矩。
Step3：根據(jù)計算結果，繪制扭矩圖如下圖所示：
根據(jù)扭矩圖可以看出，最大扭矩Tmax發(fā)生在CA段，其值為9.56kN·m。
使用ANSYS求解該問題時，我們從以下幾個方面入手：
1. 確定分析類型：根據(jù)例題所示結構，確定分析類型為靜力學分析；
2. 確定單元類型：該結構為扭轉軸，結果需要輸出扭矩圖，因此分析時使用Beam單元；
Step1：在SCDM中創(chuàng)建線體模型。
由于題目中沒有給出結構的幾何尺寸，且?guī)缀纬叽鐚τ嬎憬Y果沒有影響，所以我們隨意給定了一些結構尺寸：軸徑為10mm，BC=CA=AD=50mm。
幾何線體模型建立好以后，
使用share命令進行共享拓撲操作。建立好的幾何模型如下圖所示。（具體建模及share操作見
《ANSYS與材料力學之軸向拉伸和壓縮（一）》）
自由網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格尺寸設置為5mm。由于建立的是線體模型，WB在網(wǎng)格劃分時自動賦予BEAM188單元；
載荷：根據(jù)題意計算出M1、M2、M3，并施加在指定位置。
約束：在D點施加固定約束。
問：D點為什么施加固定約束而不是M4扭矩載荷呢？
答：該結構是個靜力學平衡結構，若在D點施加固定約束，D點的支座反力矩與力偶M4相等，相當于在D點施加了力偶。
Step4：求解。
Step5：繪制扭矩圖。
由于我們需要繪制扭矩圖，所以需要建立一個
Path，將結果映射到Path上。右鍵Model(B4)→insert→construction geometry→path，然后在Details of path中將path type切換為edge，依次選擇建立的3根線體，點擊apply確定選擇。
點擊Solution（B6），并選擇Beam Results中的Torsional Moment；在Details of Torsional Moment中，將Scoping Method改為Path，并在path中選擇上一步建立的“path”。最后右擊Solution（B6），選擇Eevaluate All Results，提取結果。計算結果如下圖所示。
在圖形區(qū)，我們可以看到計算的扭矩結果；
在Graph中，我們可以看到扭矩圖。與材料力學解法（存在數(shù)據(jù)四舍五入的誤差）得到的結果完全一致。
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