環向的案例
LS-DYNA環向應力和徑向應力的輸出
<p>在進行爆破模擬時，往往需要分析環向應力和徑向應力，因為徑向裂紋的擴展是由其環向拉應力導致的。為了驗證所輸出環向應力的準確性，結合1區SCI論文《Effects of in-situ stresses on the fracturing of rock blasting》進行復現。</p><p>建立地應力（圍壓）下的模型，并按論文的地應力工況進行圍壓的施加。主要輸出環向應力云圖和環向應力單元曲線。</p><p><img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/202112/2a64471b33a54fa89252dea0b8483854.png" alt="5.png"></p><p>P1=80MPa，P2=0MPa，論文結果與模擬結果對比，圖片為環向應力云圖。可以看到結果完全一樣，包括分布規律和云圖數值。
展開 COMSOL井壁周圍環向應力與徑向應力
本案例考察不同地應力下井壁周圍環向應力與徑向應力分布，同時考慮孔隙水壓對圍巖應力分布影響。comsol后處理中并不能直接得到環向應力與徑向應力，需要通過x、y方向應力轉化得到。具體結果如下，從圖中可以看到不同的水平、垂直地應力大小，會產生不同的應力分布。在井壁周圍，徑向應力最小，環向應力與von Mises屈服應力最大。此案例僅考慮水壓對應力影響，后續還可以考慮溫度、損傷對其影響。
長期以來關于大開孔邊緣彎曲應力的疑惑？性質和評定究竟該如何確定？
該觀點核心內容及論據主要有以下三點：
（1）由下圖2應力分布云圖和等值線圖可直觀看出，圓柱殼與接管連接區“肩部”截面的應力等值線始終與殼體軸線呈現出約45°的傾斜分布趨勢，表明開孔邊緣不僅有ASME所指出的繞圓筒母線方向的環向彎矩，同時必然還存在另一個與之相正交的彎矩，否則應力等值線不可能呈現45°傾斜分布趨勢；
圖2 沿圓筒環向的應力分布云圖
（2）由下圖3圓筒和接管變形示意圖可直觀，圓筒上接管部位的形狀由圓趨扁，表明ASME中提出的繞圓筒母線方向彎矩的存在；圓柱殼與接管的相貫線由圓形變成了橢圓形，表明開孔邊緣同時存在著繞接管母線方向的彎矩，該彎矩產生的應力沿接管環向（在開孔肩部處亦為圓筒環向）；
圖3 圓筒和接管變形示意圖
（3）清華大學陸明萬教授的文章對圖2的變形情況給出了理論解釋，認為由于圓柱殼環向薄膜應力比軸向大一倍，使得補強環出現由均勻拉伸和等值拉壓組合而成的非軸對稱受力情況，才導致出現了環平面內由圓形變為橢圓形的彎曲變形，進而產生了繞接管母線方向的彎矩，并推導出該彎矩值為pR3/8 ，與ASME的環向彎矩pR3/6數量級相當，產生的原因亦與ASME彎矩相似，因軸對稱性被破壞而產生的彎矩，因而其引起的彎曲應力具有一次應力性質。該觀點認為，ASME標準中只考慮一個方向的彎矩作用，其計算是不完整的，存在重大欠缺，而因同時考慮兩個方向的彎矩作用。
展開 復材壓力容器試驗研究
ASTM D 2585 制造的 COPV 的幾何形狀
COPV 的包裹層
每個極性纏繞層由 2 層組成，而每個環向層由 1 層組成。COPV疊層由 5 個基本層組成。（圖 4）。這些是：
1層: 0.23 英寸帶寬，0.033 英寸厚度和?13°極性繞組。
2層：0.23 英寸帶寬，0.033 英寸厚度和 13°極性繞組。
3層：0.23 英寸帶寬，0.009 英寸厚度和 88°環向繞組。
4層：0.23 英寸帶寬，0.033 英寸厚度和?13°極性繞組。
5層: 0.23 英寸帶寬，0.033 英寸厚度和 13°極性繞組。
圖 4. 半罐四分之一有限元模型（ASTM D 2585）和復合材料疊層
當纖維在任何層中完全損壞時，在該分析中都會考慮爆裂壓力，因此不分析基體損壞來確定 COPV 的爆裂壓力。
類似地，計算所有其他情況下的爆破壓力。結果匯總如表 2 所示?？紤]了 11 種情況，以發現極角和環向角以及分層順序對爆破壓力的影響。極角和環向角繞組如圖 16 所示。螺旋纏繞角在本研究中被稱為環向角。在情況 1-4 中，環向角在 87.5°至 89°之間變化，保持極角（13°）不變。有限的環向角范圍（87–89°）是根據燈絲的風力能力考慮的。爆破壓力隨環向角的變化如圖 17 所示。研究發現，爆破壓力隨環向角的增大而增大。隨著環向角的增加，COPV 的切向環向應力阻力增加，因此爆破壓力增加，這是合理的。
展開 
錯縫隧道拼裝效應（二）
下圖主要表現的是環向與徑向螺栓接頭的壓碎破壞與拉裂破壞：
接下來進行具體分析縱向接頭的力學特性（Behavior of longitudinal joints）定義了“with positive values for joint opening, and negative values for joint closing”.大概意思就是管片外拉內壓，外側容易形成張開，內側混凝土受壓，同樣的道理可以定義外壓內拉。貓咪老師認為可以與混凝土梁做對比來記憶比較方便。受力分析也和變形的混凝土梁類似。
介紹完縱向當然要介紹環向接頭（Behavior of circumferential joints），環向接頭是環與環之間的接頭。這里一定要把環向與徑向接頭的定義搞清楚，貓咪老師在剛接觸接頭時總要搞錯，環向接頭是環與環之間的接頭，縱向接頭是環內管片與管片之間接頭，由于管片的縫是縱向的，所以取名字叫縱向接頭。值得注意的一點，由于管片環之間的卯榫效應，能增強環向接頭的剛度。
At the generalized load P= 236.76 kN (the relative load p =1.53), the tongue-and-groove at 55° and 282° started to engage, resulting in increased circumferential joint stiffness. At 190° and 350°, the tongue-and-groove was deformed due to the high load, accelerating the dislocation.
第三部分分析結果，未完待續。
展開 ABAQUS模擬石油鉆井中擴管擴展
裝配體如上圖所示，在內部的剛體參考點上施加一速度邊界條件，從右向左推進。
材料參數如下：
相互作用設置如下：
邊界條件設置如下：
網格劃分如下：
三、計算結果
接觸應力分布
2.環向應力分布
3.環向塑性應變
4.部分擴展管道的壁厚減小
四、結論
襯管和鑄件之間發生了較大的接觸應力
環向應力分布在直徑突變處發生了應力集中，最大值為1088Mpa
環向直徑減小處發生了較大的環向應變
部分擴展管道的壁厚減小變化范圍為-0.8~0.4微米
應力集中問題與ANSYS驗證
Y軸對稱軸上的環向正應力的分布如下圖所示：
最大環向正應力為3.1588MPa，與理論計算的3MPa相差很?。浑S著遠離孔邊而急劇趨近于1MPa，符合理論計算結果。
X軸對稱軸上的環向正應力的分布如下圖所示：
最大環向正應力為-1.1256MPa，與理論計算的-1MPa相差也不大（負值表示壓應力）；隨著遠離孔邊而急劇趨近于0MPa，符合理論計算結果。
總結：
1.孔邊應力集中是局部現象。在幾倍孔徑以外，應力幾乎不受孔的影響，應力的分布情況以及數值的人小都幾乎與無孔時相同。一般說來，集中的程度越高，集中的現象越是局部性的，也就是說，應力隨著距孔的距離增大而越快地趨近于無孔時的應力。
2.應力集中的程度，與孔的形狀有關。一般說來，圓孔孔邊的集中程度最低，如果有必要在構件中挖孔或留孔，應盡可能地用圓孔代替其他形狀的孔。
3.只有圓孔孔邊的應力可以用較為簡單的數學工具進行分析，并限定為小孔口問題，若要研究復雜的應力集中問題，目前大都采用有限單元法。
4.由于一般塑性材料存在屈服階段，當應力集中處的最大應力達到材料的屈服強度時，若繼續增加載荷，則其應力不再增加，應變繼續增大，所受的載荷將由其余未達到屈服的材料承擔。直至整個截面各點處的應力都趨于屈服強度時，材料才因屈服而喪失承載能力。
5.靜載荷作用下，塑性材料構建通常不用考慮應力集中影響。對于內部組織均勻脆性材料，應當考慮應力集中的影響；對于內部組織不均勻脆性材料，如鑄鐵等，結構內部的不均勻和缺陷往往是引起應力集中的重要因素，而結構外形驟變引起的應力集中影響并不明顯，因此可不考慮應力集中的影響。動載荷作用下，無論塑性材料還是脆性材料，都應考慮應力集中影響。
展開 盾構輸水隧洞雙層襯砌有限元分析
（2）施加內襯鋼管
由變形云圖可知：加上內襯后，外襯環向應力最大值為93.58MPa，徑向變形最大值為27.22mm，最大值位置均出現在襯砌環中部偏下位置處。
（3）施加內水壓力
由變形云圖可知：隧洞通水后，在內水壓力作用下，外襯環向應力最大值為95.26MPa，徑向變形最大值為27.56mm，最大值位置依然處于襯砌環中部偏下位置。
2 內襯鋼管
（1）施加鋼管
由變形云圖可知：內襯施工完成后，其環向應力最大值為65.93MPa，徑向變形最大值為20.84mm。
（2）施加內水壓力
由變形云圖可知：隧洞通水后，在內水壓力作用下，其環向應力最大值為187.9MPa，徑向變形最大值為22.31mm?？梢钥吹?，內水壓力作用下其環向應力最大值發生了顯著增大。
3 周圍土體
（1）初始地應力平衡
由變形云圖可知：初始地應力平衡后，土層豎向應力最大值為1.966MPa，豎向變形最大值為78.29mm。
（2）開挖土體
由變形云圖可知：盾構開挖初襯未支時，土層豎向應力最大值為1.966MPa，豎向變形最大值為78.31mm。
（3）施加外襯拼裝管片
由變形云圖可知：外襯盾構管片施工完成后，土層豎向應力最大值為41.02MPa，豎向變形最大值為77.38mm。
（4）施加內襯鋼管
由變形云圖可知：內襯鋼管施工完成后，土層豎向應力最大值為41.94MPa，豎向變形最大值為77.24mm。
（5）施加內水壓力
由變形云圖可知：隧洞通水后，在內水壓力作用下，土層豎向應力最大值為41.91MPa，豎向變形最大值為77.22mm。
展開 錯縫隧道數值模擬想法
上圖：
梁彈簧模型
殼彈簧模型
彎矩的分布：
從上圖看不出來是用什么有限元軟件做的，但是如果是ABAQUS的話模型就非常好實現，建模要點：最主要是模擬管片接頭與環向接頭，還有地層三個方向的彈簧,通過接觸單元來定義。管片接頭與環向接頭首先定義兩兩接觸點，再根據具體的方向與受力特性施加彈簧，而接地彈簧也是先要通過定義點來完成。
等本周做出來后，貓咪老師會馬上與大家分享，敬請期待。
今天就先介紹到這，喜歡貓咪老師說的內容的話請掃描貓咪老師的個人頭像，接受推送消息，與貓咪老師一起暢游在隧道模擬的海洋中！BYEBYE
上述內容部分引用自：《錯縫拼裝下管片寬度對盾構隧道力學行為的影響》 作者：官林星
《Investigation of the structural effect induced by stagger joints in segmental tunnel linings: First results from full-scale ring tests》 作者：Liu.
展開 Abaqus后處理-云圖變量含義（部分）
若為柱坐標，S12、S13、S23分別指：由徑向向環向的剪應力、由徑向向軸向的剪應力、由環向向軸向的剪應力。
ABAQUS圓弧面施加正弦分布壓力荷載
工程模擬當中有時需要在圓弧面上施加正弦分布的壓力，比如襯砌表面的壓力如圖：
1、創建解析場（Tools -> Analytical Field -> Create）
2、在彈出的對話框中對要創建的解析場進行命名，并選擇解析場的類型（Expression Field）
3、點擊Continue后，彈出如下對話框，點擊紅色框內按鈕，創建參考坐標系
4、坐標系創建對話框中，完成參考坐標系的命名，并選擇新建參考坐標系的類型（Cylindrical）
5、以模型的內圓弧面的圓心為原點，創建柱面坐標系，坐標系的方向（R -> 徑向，T -> 環向，Z -> 軸向）
6、坐標系創建完畢后返回，解析場定義對話框，點擊紅色圓圈的選擇按鈕
7、選擇已創建的圓柱坐標系
9、返回解析場定義對話窗口后，根據位置關系，在框內定義壓力場分布的解析表達式。（注意環向角度Th 的單位為弧度） 該圓弧面的的度為pi*2/3，相對于環向起點旋轉了pi/2，所以其表達式為 cos ( ( Th - pi / 2 ) / 2 * 3 )。
10.解析場定義完畢后，在荷載定義中選擇鋼材定義的解析場作為壓力分布形式。填寫荷載量值并正確選擇其作用的圓弧面。
至此完成圓弧面正弦分布壓力荷載的施加
展開 
[軟件使用]abaqus殼單元局部坐標系，你學會了嗎？
查看S11的應力跡線：
可以發現S11異常的原因在于對于大部分單元，S11實際上是環向應力，而對于應力異常的單元，S11是軸向應力，這可能也就是應力云圖分布異常的原因。
進一步查看殼單元的局部坐標系：
可以看出圖中圈出的應力異常處的單元的1軸明顯與其他單元不同，其他單元1軸為“環向”，而此處1軸為“軸向”。
在弄清楚上述原因后，我們再聯系之前的殼單元局部坐標系的確定規則，就大致明了此處1軸為何會與其他位置不一樣。
圓環與整體坐標系的相對位置如下：
當確定各個單元的局部1軸時，abaqus會把整體的x軸投影到各個單元，因此對應到各個單元上即為“環向”。當然，但是“某一格的單元（即下圖中高亮的紅色單元）”，由于其與x軸垂直，因此abaqus將整體的z軸投影到這些單元上形成1軸，因此對于這些單元，1軸就是“軸向”而非“環向”。
進一步研究形成與整體x軸垂直的單元的原因：
通過查詢該拉伸形成的part的part attributes可知，其包含1 shell face，2 edges，2 vertices（上圖中高亮的紅色點）。顯然，這兩個點（vertices）是我們在定義sketch時的點，如下圖所示：
由這個幾何構成，我們清楚了圓環被網格劃分時的“與x軸垂直的單元”是如何形成的，對于圓環的均勻網格劃分來說，假設圓被均勻劃分成n段（n>=3），則必然有以下規律：如果n為奇數，則存在“與整體x軸垂直的單元”，如果n為偶數，則不存在“與整體x軸垂直的單元”。
圓被7等分時的單元
圓被8等分時的單元
基于上述討論，我們實際上就清楚了解決之前的 應力s11方向異常的方法：把圓的等分條件設置為偶數即可。
展開 Abaqus后處理的四種路徑的應用
第四種是環向路徑，創建方式如圖11所示，Path Type有環向路徑和徑向路徑兩種，定義Circle的方式有原點和半徑、圓弧三點兩種，推薦用后一種，之后在圓弧上選擇三個點，Point 1,Point 2,Point 3，Number of segments可以設置segment份數，越大則做出來的曲線越平滑，Start angle 和End angle分別設置圓的起始角。最后出來的路徑如圖11所示。
圖 11
最后做出來的結果此環向路徑曲線如圖12所示。這里需要注意，如果想要做結果隨角度的變化曲線，那么需要事先定義結果柱坐標系，轉換之后再做曲線才可以，這個不做演示。
圖12
展開 玻纖增強環氧樹脂復合材料大型風電葉片灌注銀紋失效分析與解決方案
葉片類型與銀紋問題的關系
1.3
銀紋與葉片灌注固化工藝
葉片灌注銀紋通常出現的位置在根部，距離根部端面1.5m~2.5m區域，通常為葉片迎風面及背風面整個環向一圈，如圖1、圖2所示。
從葉片的鋪層結構來看，銀紋問題發生區域并非在根部鋪層厚度達到150層的最厚區域（見圖2(a)A區），而是發生在厚度只有40層~60層的厚度過渡區域。
葉片灌注導流狀態一般為根部“L”型分區，“T”型管路（圖2(a)所示）灌注，A區使用環向管路注膠，而銀紋發生區域使用的徑向管路由于布置的差異，使兩個區域在灌注順序上有所不同。A區域為優先灌注完成的區域，而B區域中的銀紋發生區域則是灌注最后完成的區域。
圖2. 葉片銀紋位置與工藝設置的關系
從模具加熱的分區結構（圖2(b)所示）來看，模具在1.5m位置進行分區，根部區域為環向整體布置，尖部區域為環向多塊布置。在葉片根部灌注固化過程中，通常采用分塊控制灌注固化和后固化程序。
1.4
葉片銀紋問題原因分析
從銀紋產生的機理可知，銀紋問題是由于樹脂內部存在細微裂紋引起的。
排除葉片制造過程中其他因素引起的位移及形變問題，葉片根部銀紋問題主要是由于灌注固化過程中的內應力釋放不完全，使樹脂和纖維之間產生脫粘或樹脂本身的微裂紋，在宏觀上表現出來的發白現象，如圖3所示，左側為正常情況的試樣，右側為存在銀紋問題的試樣。
圖3. 正常試樣和銀紋試樣對比圖
環氧樹脂固化過程是一個放熱過程，隨著固化行為的發生，固化產生的熱量堆積使樹脂溫度也隨之增加，當熱量達到峰值時所測得的樹脂溫度稱為放熱峰溫度，而樹脂固化到達放熱峰的時間一般用來衡量固化反應的程度。
風電葉片用環氧樹脂的凝膠時間都較長，通常30℃時放熱峰的時間為200min~400min。
展開 COMSOL井筒井壁模型匯總
1、COMSOL井壁周圍環向應力與徑向應力
2021年12月17日927
本案例考察不同地應力下井壁周圍環向應力與徑向應力分布，同時考慮孔隙水壓對圍巖應力分布影響。comsol后處理中并不能直接得到環向應力與徑向應力，需要通過x、y方向應力轉化得到。具體結果如下，從圖中可以看到不同的水平、垂直地應力大小，會產生不同的應力分布。在井壁周圍，徑向應力最小，環向應力與von Mises屈服應力最大。此案例僅考慮水壓對應力影響，后續還可以考慮溫度、損傷對其影響。
2、COMSOL模擬流固耦合井筒周圍應力分布
此案列介紹在井筒壁周圍施加徑向荷載(孔壓和地應力），分析其徑向應力、環向應力以及孔壓變化，附有詳細的建模說明書，有需要的請聯系我。
3、利用COMSOL進行直井井眼圍巖應力分析
鉆井過程中的井壁失穩是一個普遍性難題，特別是在新地區的勘探井、深井和超深井中，常常由于無法掌握井下地層的組成與特性,鉆井、鉆井液技術與地層不匹配，造成井眼嚴重失穩，從而導致卡鉆、劃眼，泥包鉆頭等各種復雜事故，甚至使油井報廢。
從巖石力學的觀點研究鉆井過程中的井壁穩定，利用已測室內試驗得到的巖石力學參數，在COMSOL有限元數值模擬軟件基礎上建立井壁模型，揭示鉆井過程井眼圍巖應力分布，為防止井壁失穩提供依據和指導。
物理模型：
由于井眼直徑遠小于井深,故可把直井井眼模型簡化為平面應變模型。圖1是直井井眼力學模型,把地層看作線彈性體,在x方向無限遠處作用有最大水平地應力,在y方向無限遠處作用有最小水平地應力,在井眼內部作用有鉆井液的液柱壓力,地層內部作用有地層孔隙壓力。
4、井壁應力數值模擬模型
(1)井斜角和方位角進行參數化計算。
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