小編認為學習知識最好的方式就是去運用知識來解決問題，當你學會運用這個知識來成功地解決問題的時候，你才能掌握這個知識。正所謂“紙上得來終覺淺，覺知此事要知行”。而對于ansy軟件的使用，需要使用者對理論知識和實踐知識都有很深刻的認識，需要你不斷地在實踐中運用于學習。

      本案例講述的是在316L不銹鋼表面沉積Fe-Al功能涂層后，利用ansys仿真在Fe-Al涂層沉積完畢冷卻后在基體和圖層內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

      在這個案例里面，你將掌握軸對稱單元的應(yīng)用、熱結(jié)構(gòu)耦合方式的求解、瞬態(tài)分析的步長等基礎(chǔ)知識。

      基體和圖層內(nèi)部的殘余應(yīng)力是由于溫度冷卻的不一致而引起的。屬于熱—結(jié)構(gòu)耦合場問題。在ansys里面，求解耦合場問題，有兩種方式，一種是直接耦合，熱與結(jié)構(gòu)耦合方程同時求解，要用到熱—結(jié)構(gòu)耦合單元。另一種是間接求解方式，求解分兩步走，第一步求解溫度場，第二步在求解溫度場的基礎(chǔ)上根據(jù)熱膨脹系數(shù)求解應(yīng)力場，分別用到熱單元和結(jié)構(gòu)單元。本案例中采用間接求解的方式。

       為了使求解問題簡單化，同時不偏離實際過程。考慮到降溫過程材料的非線性變化，對模型我們要做以下假設(shè)：（1）涂層在制備時溫度處于應(yīng)力自由狀態(tài)（2）涂層在制備過程中不產(chǎn)生塑性變形或蠕變（3）不考慮材料相變引起的熱問題（4）假設(shè)涂層與基體、涂層與涂層之間不產(chǎn)生相對滑動。

      模型為圓柱形，不銹鋼基體尺寸為φ25×0.8mm，涂層的厚度為2μm，涂層從下往上依次為Fe3Al、FeAl、Fe2Al5、FeAl3。采用軸對稱方式進行模型的建立，熱單元選用平面四節(jié)點單元plane55，網(wǎng)格的劃分采用映射網(wǎng)格劃分方式。在求解溫度場的分布之后，利用ETCHG,TTS命令轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)求解，同時利用LDREAD,TEMP,,,t, ,'l','rth',' '讀入熱分析的計算結(jié)果，作為應(yīng)力求解的載荷條件，熱應(yīng)力的求解參考溫度為680℃。

        以下是求解的分析結(jié)果。

圖1

圖2

圖3

       圖（1）—（3）分別為基體與涂層右上角的出的等效應(yīng)力、經(jīng)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力的分布圖。可見，在涂層邊緣處存在應(yīng)力集中，尤其在涂層明銳界面特別顯著。這主要是由于在涂層邊緣處冷卻速度快，形成了較大的溫度梯度造成的。等效應(yīng)力在第二層涂層處較大，主要是由于第二層涂層材料的熱膨脹系數(shù)較大，同時彈性模量較大造成的。徑向應(yīng)力在梯度中間層產(chǎn)生拉應(yīng)力，在基體內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，容易使涂層剝落。軸向應(yīng)力沿厚度方向為均為拉應(yīng)力，在基體與涂層的邊緣處存在應(yīng)力突變。

圖4

圖5

圖6

         圖（4）為對稱軸等效應(yīng)力沿軸向的分布圖。可見在涂層與基體的界面處存在應(yīng)力突變，這主要是由于涂層與基體熱膨脹系數(shù)不一致引起的，同時在第三層軸向應(yīng)力最大，這與圖（1）的結(jié)果相吻合。

        圖（5）—（6）分別為基體與第一層涂層界面處等效應(yīng)力、徑向應(yīng)力的分布圖。等效應(yīng)力顯示在邊緣處應(yīng)力突變，存在應(yīng)力集中。

 在求解分析之后，你可以用origin來繪制文中的曲線圖，以使曲線美觀。同時也可以研究涂層的變化順序，涂層的厚度，基體的尺寸等對結(jié)果的影響進而優(yōu)化你的實驗。