問題：

       在做結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元仿真的過程中，我們經(jīng)常被問：結(jié)構(gòu)在某個載荷下能不能用，材料會不會失效。回答這個問題的邏輯也簡單：給出材料的許用應(yīng)力，將仿真結(jié)果的應(yīng)力值和許用應(yīng)力進(jìn)行比較，仿真應(yīng)力大于許用應(yīng)力就判斷不合格。

        但是做了仿真就知道，計(jì)算結(jié)果的應(yīng)力提取類型有很多，而可查到的材料測試標(biāo)準(zhǔn)值又少的可憐。尤其是最近遇到一種纖維增強(qiáng)塑料的強(qiáng)度仿真問題，要判斷塑料件在給定載荷下是否失效。

示例：

       塑料件是PA的基體，然后注塑成型的過程中加了玻纖增強(qiáng)材料（PA + GF20）。這就導(dǎo)致了成形結(jié)構(gòu)件不再是各向同性的材質(zhì)，變成了各向異性。常用的四大強(qiáng)度理論似乎不再適用其強(qiáng)度失效的結(jié)果評估。

這里先回顧下最常用的四大強(qiáng)度理論：（假設(shè)材料的許用應(yīng)力是最易查到標(biāo)準(zhǔn)拉伸屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度）

第一強(qiáng)度理論：最大拉應(yīng)力強(qiáng)度理論，即當(dāng)結(jié)構(gòu)件的最大拉應(yīng)力大于材料測試的拉應(yīng)力限值時就判斷的結(jié)構(gòu)會失效。適用材料：脆性材料（如鑄鐵等）。只提取仿真結(jié)果的第一主應(yīng)力與材料應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。

即只需判斷：仿真結(jié)果的 與材料的許用應(yīng)力；

第二強(qiáng)度理論：最大拉應(yīng)變強(qiáng)度理論，即導(dǎo)致材料失效的主要因素是拉應(yīng)變。（這個本人用的少，就不誤導(dǎo)大家了）。

第三強(qiáng)度理論：最大剪切應(yīng)力強(qiáng)度理論，即結(jié)構(gòu)件的失效主要是因?yàn)榍袘?yīng)力最先達(dá)到了材料的許用切應(yīng)力。

我們是需要判斷仿真結(jié)果的最大剪應(yīng)力 與材料的。等效為 。

（但是我們沒有實(shí)測數(shù)據(jù)，這里我就認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)中，當(dāng)材料達(dá)到屈服時，材料的剪切強(qiáng)度 ，即材料許用剪切強(qiáng)度是拉伸試驗(yàn)測試的拉伸應(yīng)力的一半。）

第四強(qiáng)度理論：我們最常用的Von mises應(yīng)力（畸變能密度理論），適用絕大多數(shù)塑性金屬材料的失效評估。

公式為：

        而對于各向異性的塑料材質(zhì)這四種理論顯然就不在適用了，那么我們怎么判斷這類塑料材質(zhì)的應(yīng)力仿真結(jié)果是否滿足強(qiáng)度要求呢。

                                教材《工程材料力學(xué)行為》一書中提及了各向異性材料的失效校核方法：

        纖維增強(qiáng)塑料就是一種各向異性材料，在纖維方向和垂直纖維方向，材料的力學(xué)屬性有顯著差異。因此我們可以使用上述Hill強(qiáng)度評估方法來校核纖維增強(qiáng)塑料的強(qiáng)度評估。

        同時我們可以假設(shè)纖維增強(qiáng)塑料是一種特殊的各向異性材料，在垂直纖維方向的平面內(nèi)材料又是各向同性的。這樣Hill材料常數(shù)H、F、G、N、L、M的計(jì)算，就由、六個測試數(shù)據(jù)，變?yōu)?四個數(shù)據(jù)。

       通常我們是可以查到PA基體的力學(xué)參數(shù)（拉伸屈服強(qiáng)度）和PA+GF20 的拉伸屈服強(qiáng)度。

? 這里可以近似理解為玻纖方向的=130MPa即為PA+GF20的拉伸屈服強(qiáng)度

? ==74MPa為純PA的拉伸屈服強(qiáng)度，

? 同時近似使用 = =75MPa，

? =37.5MPa。

      這樣我們就可以通過有限的可查材料數(shù)據(jù)來，近似計(jì)算Hill強(qiáng)度公式的材料常數(shù)進(jìn)行各向異性玻纖材料的強(qiáng)度評估。

至此時，我們只需要提取有限元仿真結(jié)果在某節(jié)點(diǎn)位置的應(yīng)力分量、 帶入Hill公式即可獲得各向異性材料在某載荷下是否失效的強(qiáng)度結(jié)論（Hill值與1進(jìn)行比較，Hill值大于1 即為失效）

仿真示例：

     有如下形狀的一個卡扣，卡扣兩側(cè)固定約束；在中間圓弧區(qū)域受到-Z方向的力載荷10N和一個繞X軸的扭轉(zhuǎn)載荷0.2NM。

同時，還知道卡扣的材料是PA+GF20，玻纖均勻分布，玻纖整體排布方向順著卡扣方向（全局坐標(biāo)系的Y方向）

幾何模型約束位置和載荷如下所示：