剪應(yīng)力
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時間：2021-08-14
剪應(yīng)力的視頻教程
MSC Apex后處理介紹
本次視頻介紹了在MSC Apex中進(jìn)行后處理的查看，直觀的查看界面支持對應(yīng)力、變形、剪應(yīng)力、多圖表等的一系列查看內(nèi)容，一起跟著視頻學(xué)起來吧~
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VecTor2系列(5)-考慮粘結(jié)滑移的鋼筋混凝土梁柱節(jié)點 裂縫模擬
（1）選取國外學(xué)者做的一個梁柱節(jié)點往復(fù)加載試驗，詳細(xì)介紹Vector2里詳細(xì)建模步驟，一步步教大家建模； （2）考慮鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移，快速創(chuàng)建粘結(jié)滑移屬性（可用彈簧link單元或界面interface單元）建模，并獲得和試驗較吻合的結(jié)果；并對比了考慮粘結(jié)滑移、完美粘結(jié)兩種建模方式之間的差異； （3）查看鋼筋、混凝土應(yīng)力狀態(tài)、梁柱破壞狀態(tài)（梁端柱端彎曲破壞、節(jié)點核心區(qū)剪切破壞），并輸出節(jié)點核心區(qū)混凝土單元的剪應(yīng)力
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VecTor2系列(1)-高強(qiáng)鋼筋混凝土有、無腹筋梁受剪裂縫模擬
選取發(fā)表在建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報上的一片論文，做的一系列高強(qiáng)鋼筋高強(qiáng)混凝土有/無腹筋梁受剪試驗，模擬了5根梁試件，包含了不同配筋率、不同混凝土強(qiáng)度、有無腹筋等參數(shù)。 （1）詳細(xì)介紹Vector2的基礎(chǔ)建模技巧和一些理論背景（基于修正斜壓場和擾動應(yīng)力場理論），建模非常快速，10分鐘即可建立有限元模型，2分鐘出分析結(jié)果。
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剪應(yīng)力的實例教程
本文在GTN模型中引入剪應(yīng)力的影響，編寫了相關(guān)的VUMAT子程序。
GTN模型的屈服函數(shù)可以用下式表示
其中q1，q2是模型參數(shù)，取q1=1.5，q2=1,σ0為等效應(yīng)力，p為靜水應(yīng)力，q為Mises等效應(yīng)力；f為空洞的體積分?jǐn)?shù)。
p和q可以通過徑向返回算法得到
應(yīng)變控制的孔洞形核系數(shù)
GTN模型可以通過以下4個方程進(jìn)行描述
Nahshon and Hutchinson考慮了剪應(yīng)力對模型的影響
于是孔隙體積分?jǐn)?shù)的演化可以通過下式描述
仿真計算得到的結(jié)果如下圖所示
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展開 壓力和剪切應(yīng)力分布在空氣動力學(xué)中的作用
空氣動力學(xué)應(yīng)用可以基于浸入移動流體中的靜止物體或在靜止流體中移動的物體。在這兩種空氣動力學(xué)情況下，力和力矩都作用在身體上。力作用于物體的兩個來源是：
壓力分布 -流體施加的壓力分布對主體施加力，并垂直于表面作用。
剪切應(yīng)力分布 -流體的摩擦性質(zhì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力分布，并且作用于表面的切向方向。
身體上的凈空氣動力和力矩是由壓力和剪切應(yīng)力分布產(chǎn)生的。通過對所考慮物體的整個表面上的壓力和剪切應(yīng)力分布進(jìn)行積分，我們可以計算出合成的空氣動力和力矩。例如，在飛機(jī)中，氣動升力、阻力和力矩是通過對機(jī)身上的壓力和剪切應(yīng)力分布進(jìn)行積分而獲得的。
讓我們看看機(jī)翼上壓力和剪切分布產(chǎn)生的升力、阻力和力矩。
機(jī)翼升力、阻力和力矩
在飛機(jī)中，機(jī)翼的特性是通過不同攻角下的升力系數(shù)和阻力系數(shù)來測量的。翼型上的阻力等于翼型周圍自由氣流的動量損失率。產(chǎn)生的阻力是摩擦阻力和壓力的組合，也稱為形狀阻力。
摩擦阻力是剪切應(yīng)力綜合作用的結(jié)果，而壓力阻力是由壓力產(chǎn)生的。升力主要是作用在身體上的壓力的影響。翼型上產(chǎn)生的氣動力矩也是壓力和剪應(yīng)力分布的函數(shù)。
其他用途正在通過分析壓力和剪切應(yīng)力分布而出現(xiàn)。其中一種用途是流相似性識別。
將流動相似性與壓力和剪切應(yīng)力分布聯(lián)系起來
空氣動力學(xué)的研究通常涉及無量綱參數(shù)而不是有量綱參數(shù)。通常用力和力矩系數(shù)，即升力系數(shù)、阻力系數(shù)和力矩系數(shù)來代替力和力矩。這些系數(shù)受到各種其他無量綱參數(shù)的影響，例如雷諾數(shù)、馬赫數(shù)、普朗特數(shù)以及物體的形狀和攻角。
在某些空氣動力系統(tǒng)中，檢查流動相似性很重要。例如，風(fēng)洞測試就利用了流動相似原理。為了確保兩種不同的流動動態(tài)相似，可以比較壓力和剪切應(yīng)力分布。當(dāng)兩個不同物體的無量綱壓力和剪應(yīng)力分布相同時，它們具有相同的無量綱力系數(shù)。
展開 線性化究竟是如何對薄膜、彎曲、峰值應(yīng)力進(jìn)行劃類的？
六應(yīng)力分量法存在的缺陷
等效線性化處理方法的基本思想來自材料力學(xué)和板殼理論中薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力（它們都是截面上的正應(yīng)力）沿截面均勻分布和線性分布的現(xiàn)象。由材料力學(xué)的知識可知：彎曲應(yīng)力沿截面的分布規(guī)律是線性分布的，而橫剪應(yīng)力沿截面的分布規(guī)律應(yīng)該是拋物線分布的，如下圖所示：
彎曲應(yīng)力的最大值在截面的上下表面處，在中面處為零；而橫剪應(yīng)力則恰恰相反，在上下表面處應(yīng)力值為零，在中面處應(yīng)力值最大，即彎曲應(yīng)力最大的表面處橫剪應(yīng)力為零，反之， 在橫剪應(yīng)力最大的中面處彎曲應(yīng)力為零。所以在材料力學(xué)和板殼理論中強(qiáng)度校核都是嚴(yán)格的按兩步進(jìn)行：先校核表面處薄膜+彎曲應(yīng)力能否滿足強(qiáng)度要求，再校核中面處薄膜應(yīng)力+橫剪應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求，這才是正確完整的校核步驟。
而現(xiàn)用的等效線性化處理方法則忽略了這一基本思想，而是把6個應(yīng)力分量一視同仁，都作線性化處理并混到一起去計算應(yīng)力強(qiáng)度，這種一視同仁做法的結(jié)果就是：
（1）原本沿截面拋物線分布且在上下表面處本應(yīng)該為零的橫剪應(yīng)力按六應(yīng)力分量法線性化等效處理后變成了沿截面均勻分布的平均剪應(yīng)力，即在上下截面處人為的增加了虛假的剪應(yīng)力分量，而這個平均剪應(yīng)力按等效處理又被劃歸為薄膜應(yīng)力成分，這就最終導(dǎo)致了線性化后的薄膜應(yīng)力增大，進(jìn)而薄膜+彎曲應(yīng)力也相應(yīng)增大，甚至當(dāng)應(yīng)力分布曲線下凹時也會出現(xiàn)薄膜+彎曲應(yīng)力＞總應(yīng)力的奇怪現(xiàn)象，這將直接影響PL+Pb和PL+Pb+Q兩項應(yīng)力評定的準(zhǔn)確性。
（2）橫剪應(yīng)力的影響會導(dǎo)致主應(yīng)力方向在x-z平面內(nèi)逐漸的旋轉(zhuǎn)（如下圖所示），進(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)力強(qiáng)度呈曲線分析的趨勢，與實際應(yīng)力分布規(guī)律不符。
展開 結(jié)果中分量說明：
S11、S22、S33指各軸正應(yīng)力；
S12指作用于XZ平面(與“2”，即Y軸垂直的平面)內(nèi)，沿1方向剪應(yīng)力；
S13指作用于XY平面內(nèi)，沿1方向剪應(yīng)力；
S23指作用于XY平面內(nèi)，沿2方向剪應(yīng)力。
若為柱坐標(biāo)，S12、S13、S23分別指：由徑向向環(huán)向的剪應(yīng)力、由徑向向軸向的剪應(yīng)力、由環(huán)向向軸向的剪應(yīng)力。
圖 55 空間模型
四 局部應(yīng)力計算結(jié)果分析
由表6 可知：
（1）頂板最大拉應(yīng)力值為41.1MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時；最大壓應(yīng)力值為47.8MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時；最大剪應(yīng)力為16.1Mpa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時；各項應(yīng)力均不超過所選鋼材Q345D 的容許應(yīng)力。
（2）頂板加勁U 肋最大拉應(yīng)力值為93.4MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時；最大壓應(yīng)力值為83.3MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時；最大剪應(yīng)力為21.2Mpa，發(fā)生在兩列車輛荷載偏載作用時；各項應(yīng)力均不超過所選鋼材Q345D 的容許應(yīng)力。
（3）頂板加勁條肋最大拉應(yīng)力值為58.7MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時；最大壓應(yīng)力值為2.04MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時；最大剪應(yīng)力為1.15Mpa，發(fā)生在三列車輛荷載偏載作用時；各項應(yīng)力均不超過所選鋼材Q345D 的容許應(yīng)力。
（4）底板最大拉應(yīng)力值為135MPa，發(fā)生在兩列車輛荷載偏載作用時；最大壓應(yīng)力值為194MPa，發(fā)生在兩列車輛荷載偏載作用時；最大剪應(yīng)力為32.5Mpa，發(fā)生在兩列車輛荷載偏載作用時；各項應(yīng)力均不超過所選鋼材Q345D 的容許應(yīng)力。
（5）底板U 肋最大拉應(yīng)力值為34.6MPa，發(fā)生在兩列車輛荷載偏載作用時；最大壓應(yīng)力值為58.0MPa，發(fā)生在兩列車輛荷載偏載作用時；最大剪應(yīng)力為12.7Mpa，發(fā)生在兩列車輛荷載偏載作用時；各項應(yīng)力均不超過所選鋼材Q345D 的容許應(yīng)力。
（6）腹板最大拉應(yīng)力值為74.9MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時；最大壓應(yīng)力值為95.8MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時；最大剪應(yīng)力為21.7Mpa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時；各項應(yīng)力均不超過所選鋼材Q345D 的容許應(yīng)力。
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剪應(yīng)力的最新內(nèi)容
</p><p class="ql-align-justify">同時，在層合板內(nèi)每一相鄰實體層與 Cohesive 層界面之間，自動建立 Surface?to?Surface Penalty 面面接觸對（法向硬接觸、切向罰摩擦系數(shù) 0.3），實現(xiàn)層間正應(yīng)力與剪應(yīng)力的真實傳遞。該設(shè)置還原了文獻(xiàn)中有限厚度模型對最大中心位移和接觸時間更為準(zhǔn)確的預(yù)測能力。
、無剪應(yīng)力的特殊方向上的應(yīng)力值。
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 。
（但是我們沒有實測數(shù)據(jù)，這里我就認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)試驗拉伸試驗中，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。
</strong>圖3進(jìn)一步給出了相應(yīng)的<strong>力學(xué)平衡與位移協(xié)調(diào)關(guān)系模型</strong>，將<strong>FRP與基底的軸向內(nèi)力變化、界面剪應(yīng)力、界面滑移以及熱變形不相容效應(yīng)統(tǒng)一納入力學(xué)框架</strong>，建立了<strong>加載端荷載P、位移δL與界面剪應(yīng)力τ和滑移δ之間的解析映射關(guān)系</strong>。
圖 4(a) 為單單元模型在不同 FS 下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，圖中不同的 FS 所對應(yīng)的曲線重合，這是因為 在沒有剪應(yīng)力參與的條件下，不同的 FS 所控制的纖維拉伸失效準(zhǔn)則可以被簡化為最大應(yīng)力準(zhǔn)則。
圖 4(b) 為單單元模型在不同 E11T 下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
而切向粘結(jié)則通過剪應(yīng)力分量S13/S23獲得，如圖所示。
圖9 模擬結(jié)果（~ 120 m3/s）
圖10 隧道上游流量曲線（~ 120 m3/s）
結(jié)構(gòu)的水力應(yīng)力
利用3D CFD模型可以仿真結(jié)果中提取許多與結(jié)構(gòu)水力應(yīng)力評估相關(guān)的參數(shù)，例如動水壓力、剪應(yīng)力以及能量耗散等。
這些輸出結(jié)果有助于診斷現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并為可能的加固工程提供設(shè)計依據(jù)。
結(jié)果中分量說明：
S11、S22、S33指各軸正應(yīng)力；
S12指作用于XZ平面(與“2”，即Y軸垂直的平面)內(nèi)，沿1方向剪應(yīng)力；
S13指作用于XY平面內(nèi)，沿1方向剪應(yīng)力；
S23指作用于XY平面內(nèi)，沿2方向剪應(yīng)力。
若為柱坐標(biāo)，S12、S13、S23分別指：由徑向向環(huán)向的剪應(yīng)力、由徑向向軸向的剪應(yīng)力、由環(huán)向向軸向的剪應(yīng)力。
ql-table-cell-inner" data-table-id="5mbthzatnvg" data-row-id="0ketircwgol" data-col-id="xwb6t2gzcje" data-rowspan="1" data-colspan="1"><p><strong><em> </em></strong><strong style="color: rgb(0, 0, 0);"><em>該點的工程剪應(yīng)力分量的個數(shù)
這里需要說明，由于理論公式對接觸應(yīng)力及截面剪應(yīng)力做了平均簡化處理，屬于半經(jīng)驗公式，因此螺栓的設(shè)計強(qiáng)度定義了較保守值190MPa。而仿真分析模型建立了螺栓與周邊件的真實接觸關(guān)系，更能反應(yīng)螺栓的局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時結(jié)合前期的項目經(jīng)驗，仿真中的螺栓可看成一般零件處理，用材質(zhì)的屈服強(qiáng)度作為強(qiáng)度失效的判斷指標(biāo)。
