材料力學(xué)ansys的案例
ANSYS與材料力學(xué)系列教程之軸向拉伸和壓縮（四）
結(jié)論：
①材料力學(xué)方法計(jì)算結(jié)果為1.2934mm，ANSYS計(jì)算結(jié)果為1.2945mm，結(jié)果基本一致。但材料力學(xué)計(jì)算方法使用小變形假設(shè)，在作圖求位移時(shí)，也進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化計(jì)算，所以ANSYS的計(jì)算結(jié)果應(yīng)較為準(zhǔn)確。
②材料力學(xué)中小變形假設(shè)，計(jì)算誤差在可接受范圍以內(nèi)，但計(jì)算效率卻得到了很大的提高。
③該題還可使用彈性體的功能原理進(jìn)行方便快捷的計(jì)算，ANSYS也可計(jì)算結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變能，該方法將在下一篇文章中為大家講解。
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ANSYS與材料力學(xué)之軸向拉伸和壓縮（五
）
ANSYS與材料力學(xué)系列教程之扭轉(zhuǎn)（一）
前面的幾篇文章中，我們介紹完了材料力學(xué)的第二章——材料拉伸與壓縮方面的內(nèi)容以及相應(yīng)的ANSYS解法，今天我們正式開始學(xué)習(xí)材料力學(xué)第三章——扭轉(zhuǎn)。
工程中，當(dāng)直桿受到的外力是作用在垂直于桿軸線的平面內(nèi)的力偶，桿將會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。單純發(fā)生扭轉(zhuǎn)的桿件不多，但以扭轉(zhuǎn)為主要變形的卻不少，如傳動(dòng)軸，鉆桿等。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)我們可以直接用扭轉(zhuǎn)變形對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。
桿的扭轉(zhuǎn)和桿的拉壓可以
對(duì)比學(xué)習(xí)：桿受到拉（壓）時(shí)，產(chǎn)生拉（壓）應(yīng)力和拉（壓）應(yīng)變，桿受到扭轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生切應(yīng)力τ和切應(yīng)變?chǔ)?；拉壓時(shí)，在比例極限范圍內(nèi)，拉應(yīng)力和拉應(yīng)變成正比，扭轉(zhuǎn)時(shí)，在比例極限范圍內(nèi)，切應(yīng)力和切應(yīng)變成正比。
τ=Gγ
當(dāng)我們研究桿件軸力與截面位置的關(guān)系時(shí)，需要繪制軸力圖；同樣，當(dāng)我們研究桿件扭矩與截面位置的關(guān)系時(shí)，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(jì)算扭矩。下面討論例題3-1的材料力學(xué)解法和AMSYS解法。
一、材料力學(xué)解法：
Step1：分析受力，并計(jì)算外力偶矩。受力計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖所示：
Step2：由軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，使用截面法計(jì)算各軸段的扭矩。
Step3：根據(jù)計(jì)算結(jié)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。
二、ANSYS解法：
使用ANSYS求解該問題時(shí)，我們從以下幾個(gè)方面入手：
1.
展開 ANSYS與材料力學(xué)之軸向拉伸和壓縮（三）
通過正應(yīng)力結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
①橫截面（α=0）上的正應(yīng)力最大，為10MPa，與材料力學(xué)計(jì)算結(jié)果一致；
②斜截面（α=45）上的正應(yīng)力為5MPa，與材料力學(xué)計(jì)算結(jié)果一致；
③平截面（α=90）上的正應(yīng)力最小，為0MPa，與材料力學(xué)計(jì)算結(jié)果一致；
2.切應(yīng)力
提取切應(yīng)力的方式與正應(yīng)力類似，此處不再贅述。在Solution中插入Shear Stress后，將其重命名為“0”，表示在截面0上的切應(yīng)力；在Details of Shear Stress中將Scoping Method改為Surface，將Surface設(shè)置為0，將Origin 設(shè)為YZ Component（根據(jù)材料力學(xué)定義的切應(yīng)力方向。我們知道，在一般的空間應(yīng)力狀態(tài)中，有6個(gè)切應(yīng)力分量，但由于切應(yīng)力互等定理，獨(dú)立的切應(yīng)力分量只有3個(gè)，此處提取的應(yīng)該是τ
zy，讀者應(yīng)特別注意），將Coordinate System設(shè)置為0。同理，分別插入名為“45”和“90”的斜截面45和平截面90上的Shear Stress。設(shè)置完成后，最后右擊Solution（B6），選擇Eevaluate All Results，提取結(jié)果。
①橫截面（α=0）上的切應(yīng)力為0MPa，與材料力學(xué)計(jì)算結(jié)果一致；
②斜截面（α=45）上的切應(yīng)力最大，為5MPa，與材料力學(xué)計(jì)算結(jié)果一致；
③平截面（α=90）上的切應(yīng)力為0MPa，與材料力學(xué)計(jì)算結(jié)果一致；
至此，該例題講解完畢。
展開 
ANSYS與材料力學(xué)系列教程之軸向拉伸和壓縮（七）
上篇文章我們主要講了應(yīng)力集中的一些知識(shí)，并用ANSYS做了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例，與理論結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。今天，我們通過材料力學(xué)中的一個(gè)習(xí)題，幫助讀者回顧下之前學(xué)過的知識(shí)。習(xí)題如下：
下面我們進(jìn)行求解：
一、材料力學(xué)方法：
該題的整體思路為：
1. 根據(jù)理論力學(xué)知識(shí)求出AC、BD的軸力；
2. 根據(jù)應(yīng)力計(jì)算公式求出工作應(yīng)力，以此校核桿的強(qiáng)度；
3. 根據(jù)胡克定律求出桿的變形；
4. 根據(jù)桿的變形推算出A、B點(diǎn)的位移。
具體解法如下：
二、ANSYS方法：
1.若力F作用在F點(diǎn)：
Step1：建立材料模型。
打開Workbench，將Static Structural拖入Project Schematic。題目中給定了材料的彈性模量為E=210GPa，我們需要在Engineering Data中添加彈性模量為E=210GPa的材料，否則計(jì)算時(shí)軟件會(huì)按照默認(rèn)的Structural Steel材料計(jì)算。
1.雙擊A2 Engineering Data進(jìn)入材料管理模塊，點(diǎn)擊Click here to add a new material，輸入2-25，建立一個(gè)名為“2-25”的新材料。
2.單擊新建的2-25材料，在左邊的Toolbox中選擇Linear Elastic，雙擊Isotropic Elasticity，表示創(chuàng)建一個(gè)各向同性的線彈性材料。
展開 ANSYS與材料力學(xué)系列教程之軸向拉伸和壓縮（五）
根據(jù)推導(dǎo)出的應(yīng)變能計(jì)算公式，該結(jié)構(gòu)中總的應(yīng)變能為：
Vε=2*(FN^2*L)/2EA=
64.67J
根據(jù)彈性體的功能原理，載荷P做的功數(shù)值上等于結(jié)構(gòu)總的應(yīng)變能，即：
W=1/2*P*△A=Vε
△A=0.0012934m=1.2934mm
ANSYS解法：
該題的ANSYS解法，只需在上篇文章的ANSYS結(jié)果基礎(chǔ)上，提取一個(gè)應(yīng)變能結(jié)果。
Step1：求解設(shè)置。
提取應(yīng)變能結(jié)果，需要打開Beam Section Results，方法是：點(diǎn)擊Solution，在Details of Solution的Post Processing中，將Beam Section Results設(shè)置為Yes。
Step2：提取應(yīng)變能結(jié)果。
選擇Results→Energy→Strain Energy，然后右擊Solution（A6），選擇Eevaluate All Results，提取結(jié)果。計(jì)算結(jié)果如下圖二。
結(jié)論：
①材料力學(xué)方法計(jì)算的總應(yīng)變能為64.74J，ANSYS計(jì)算的總應(yīng)變能結(jié)果為64.723J，兩者基本一致。
②使用彈性體的功能原理求解該題，更加方便快捷，這種方法也稱為能量法。
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展開 材料力學(xué)之壓桿穩(wěn)定ANSYS特征值屈曲分析
屈曲變形
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基于ANSYS CLASSIC計(jì)算劉鴻文《材料力學(xué)》例題1.2及其命令流
利用APDL在ANSYS CLASSIC環(huán)境下進(jìn)行了劉鴻文《材料力學(xué)》第10頁例題1.2的試算。重點(diǎn)在于對(duì)邊界條件的理解，APDL語言的應(yīng)用。
命令流如下：
LiuHongWenExamp1_2.txt
ANSYS知識(shí)普及系列24——各種斷裂力學(xué)方法的適用材料
本人準(zhǔn)備出一個(gè)ANSYS知識(shí)普及系列，將有用的網(wǎng)上資料歸攏，由于知識(shí)水平有限，不對(duì)之處請(qǐng)諒解。也歡迎各位網(wǎng)友**好的資料分享，讓我們共同完成這個(gè)ANSYS知識(shí)普及系列。
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材料力學(xué)所涉及的內(nèi)容分屬于兩個(gè)學(xué)科：
固體力學(xué) (solid mechanics)，即研究物體在外力作用下的應(yīng)力、變形和能量，統(tǒng)稱為應(yīng)力分析 (stress analysis)。但是，材料力學(xué)又不同于固體力學(xué)，材料力學(xué)所研究的僅限于桿類物體，例如桿、軸、梁等。
材料科學(xué) (materials science) 中的材料的力學(xué)行為 (behaviors of materials)，即研究材料在外力和溫度作用下所表現(xiàn)出的力學(xué)性能 (mechanical properties) 和失效 (failures) 行為。但是，材料力學(xué)所研究的僅限于材料的宏觀力學(xué)行為，不涉及材料的微觀機(jī)理。
力學(xué)特性是指在外力作用下材料變形與所受外力之間的關(guān)系，以及材料抵抗變形和破壞的能力，這些力學(xué)特性均需通過材料試驗(yàn)確定。
以上兩方面的結(jié)合，使材料力學(xué)成為工程設(shè)計(jì) (engineering design) 的重要組成部分，即設(shè)計(jì)出桿狀構(gòu)件或零部件的合理形狀和尺寸，以保證它們具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。
展開 復(fù)合材料力學(xué)介紹—— 基本概念和分類 附復(fù)合材料力學(xué)文檔下載
引言
復(fù)合材料的定義有多種，大體而言，指的是兩種或多種不同性質(zhì)的材料用物理和化學(xué)方法在宏觀尺度上組成具有新性能的材料。
本系列大體上參考《復(fù)合材料力學(xué)》，沈觀林等著，清華大學(xué)出版社。
文章盡量少地牽涉數(shù)學(xué)公式，以概念和觀點(diǎn)為主，并在最后增加了一些案例，說明復(fù)合材料力學(xué)是如何進(jìn)行分析的。
本人在復(fù)合材料力學(xué)分析的水平和經(jīng)驗(yàn)水平有限，希望大家能一起學(xué)習(xí)討論。
基本概念
復(fù)合材料這個(gè)概念并不新鮮，人類很早就開始使用復(fù)合材料，如古代使用的土坯磚就是由黏土和稻草（或麥稈）組成；此外，我們熟知的鋼筋混凝土、膠合板等，都是復(fù)合材料。
復(fù)合材料從應(yīng)用的角度大致可以分為2類：
功能復(fù)合材料，如導(dǎo)電、耐高溫?zé)g、磨阻等；
結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，作為一種結(jié)構(gòu)件，具有高比強(qiáng)度或比剛度，我們這個(gè)系列主要討論的就是這類復(fù)合材料。
基本分類
結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由基體材料和增強(qiáng)材料兩部分組成：
基體材料，主要起到連接、固定、傳遞、保護(hù)等作用，通常由樹脂、金屬和非金屬；
增強(qiáng)材料，核心作用，提供材料的剛度和強(qiáng)度。
復(fù)合材料相比金屬材料，復(fù)雜得多，具有很多特點(diǎn)，并且可設(shè)計(jì)。
展開 
彈性力學(xué)對(duì)材料力學(xué)的批判與繼承 附彈性力學(xué)教程王敏中下載
相對(duì)應(yīng)的，彈性力學(xué)借助于微元體，可以求出彈性體任意點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移，那么，這些解對(duì)應(yīng)于材料力學(xué)的工程目標(biāo)，應(yīng)力、應(yīng)變解可用于分析彈性體的強(qiáng)度問題，應(yīng)變和位移可以分析彈性體的剛度問題，應(yīng)力可以分析彈性體的穩(wěn)定性問題，也就是說彈性力學(xué)與材料力學(xué)具有相同的工程目標(biāo)。
下載地址：彈性力學(xué)教程王敏中
材料力學(xué)中梁涉及到的截面幾何性質(zhì)及一些力學(xué)概念
1. 純彎曲
如果某一段梁的截面上的剪力為零，彎矩為一不為零的常值，該段梁產(chǎn)生的彎曲稱為純彎曲，如下圖簡(jiǎn)支梁的兩端受一對(duì)力偶矩的作用時(shí)，梁的任何一段的內(nèi)力只有彎矩的作用而沒有剪力，該梁發(fā)生的彎曲就是純彎曲。
2. 橫力彎曲
當(dāng)梁受有垂直與梁軸線的橫力時(shí)，該梁的剪力不為零，成為橫力彎曲，例如懸臂梁上作用有集中力或簡(jiǎn)支梁受有均布載荷或集中載荷時(shí)，等這些都是橫力彎曲的例子，橫力彎曲時(shí)梁橫截面上既有彎矩又有剪力。
純彎曲時(shí)梁上的最大正應(yīng)力公式為:
其中Mmax是橫梁上最大彎矩，W為梁截面的抗彎截面系數(shù)。當(dāng)梁的跨度與梁橫截面尺寸比值大于5時(shí)，橫力彎曲可以近似用純彎曲時(shí)的正應(yīng)力公式計(jì)算。
3. 中性面和中性軸
如圖梁在外力作用下發(fā)生彎曲時(shí)，橫截面的上部受壓應(yīng)力，梁的上部發(fā)生縮短；梁截面的下部受拉應(yīng)力，梁的下部發(fā)生伸長(zhǎng)，可以預(yù)見在梁的中間某個(gè)平面將既不發(fā)生壓縮也不發(fā)生拉伸，成為該面為中性面或中性層。將中性面與梁橫截面的交線成為中性軸。
4. 對(duì)稱彎曲
在工程中有許多梁至少有一個(gè)縱向?qū)ΨQ面，或者說梁截面有一個(gè)對(duì)稱軸，這種梁稱為對(duì)稱截面梁，簡(jiǎn)稱為對(duì)稱梁。如果外力和外力矩都作用在截面對(duì)稱軸與梁軸線組成的對(duì)稱面內(nèi)，梁變形后軸線稱為該對(duì)稱面內(nèi)的平面曲線，這種彎曲稱為對(duì)稱彎曲或平面彎曲。
展開 復(fù)合材料力學(xué)介紹 | （4）單層板宏觀力學(xué)分析
引言
本文將簡(jiǎn)要介紹宏觀尺度下的復(fù)合材料單層板的相關(guān)分析方法。
本文開始，會(huì)牽涉到一些公式，文章會(huì)盡量減少那些不影響對(duì)內(nèi)容理解的公式；并且對(duì)列出的公式，讀者也可以學(xué)著怎么看這些公式；結(jié)合定義和論述的思路，公式的結(jié)構(gòu)形式是遠(yuǎn)遠(yuǎn)重要于它的具體內(nèi)容的。
單層板
復(fù)合材料宏觀力學(xué)主要圍繞層合板展開，而單層板是層合板的特殊情況，也是層合的基本組成單元。因此，在討論層合板之前，需要對(duì)單層板的宏觀力學(xué)進(jìn)行討論。
這里我們僅針對(duì)厚度相對(duì)比較薄的單層板進(jìn)行宏觀力學(xué)分析，即可以視作平面應(yīng)力問題進(jìn)行處理；并且我們主要討論正交各向異性材料；而事實(shí)上，大多數(shù)的單層板都符合這些原則。
本文主要從以下幾個(gè)方面介紹：
單層板的應(yīng)力-應(yīng)變
單層板任意方向的應(yīng)力-應(yīng)變
正交各向異性單層板的強(qiáng)度理論
單層板的應(yīng)力-應(yīng)變
平面應(yīng)力問題針對(duì)很薄(厚度尺寸遠(yuǎn)小于長(zhǎng)寬尺寸)的等厚度板，并且只在板邊上受有平行于板面并且不沿厚度變化的面力，體力也平行于板面且不沿厚度變化；因此近似認(rèn)為
對(duì)于正交各向異性材料主方向的本構(gòu)關(guān)系為（柔度矩陣形式）
剛度矩陣與柔度矩陣互逆，則剛度矩陣形式為
對(duì)于正交各向異性材料，存在4個(gè)獨(dú)立的工程參數(shù)。
這里需要額外說一下，如果拿完整的矩陣處理（即考慮平面外的第三個(gè)方向），柔度矩陣求逆會(huì)得到稍微有些不同的剛度矩陣C；矩陣C會(huì)略大于Q，這是由于平面應(yīng)力的處理方式；因此，Q在一些場(chǎng)合被稱為折減剛度矩陣。在大多數(shù)情況下，不需要對(duì)此做過多的關(guān)注。
展開 原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)——材料微觀力學(xué)性能
材料微觀力學(xué)性能原位測(cè)試儀器具有：微觀、原位、復(fù)合載荷、多物理場(chǎng)耦合四大特點(diǎn)，其中復(fù)合載荷、多物理場(chǎng)耦合特點(diǎn)在傳統(tǒng)宏觀力學(xué)測(cè)試儀中有應(yīng)用，微觀、原位是不同于傳統(tǒng)宏觀力學(xué)測(cè)試試的特點(diǎn)。微觀測(cè)試：宏觀測(cè)試 傳統(tǒng)力學(xué)測(cè)試，（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）針對(duì)的都是宏材尺度試件；微觀測(cè)試 微納米級(jí)；納米尺度下對(duì)試件材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試；微納米力學(xué)測(cè)試相比于傳統(tǒng)的力學(xué)測(cè)試在測(cè)試精度上有著本質(zhì)的提升，（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）使得人類可以從更為微觀的理解材料的力學(xué)性能與微觀未知世界。原位：對(duì)材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試中，通過掃描電子顯微鏡等儀器對(duì)載荷作用下材料變形損傷進(jìn)行全程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的一種力學(xué)測(cè)試新技術(shù)。（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）原位測(cè)試儀器：在顯微成像設(shè)備的腔體內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)材料拉伸/壓縮力學(xué)性能測(cè)試的系統(tǒng)；（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）獲得彈性模量、屈服極限及破壞極限等重要力學(xué)參數(shù)；并結(jié)合顯微成像設(shè)備的圖像記錄功能材料的損傷變形、裂紋產(chǎn)生等力學(xué)行為分析。 （原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）離位測(cè)試：試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料試作進(jìn)行拉伸試樣；由試驗(yàn)機(jī)繪出載荷-伸長(zhǎng)曲線，進(jìn)而得到載荷作用下應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；拿經(jīng)過拉伸試驗(yàn)的試件去掃描電鏡進(jìn)行放大觀察分析，（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）電鏡將試件放大到5000倍觀察即是微觀級(jí)別，放大到10000倍是納米級(jí)別。
納米力學(xué)主要研究納米尺度物質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)問題，有非常廣泛和重要的科研和應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的力學(xué)系統(tǒng)通常由牛頓力學(xué)描述，（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）而納米力學(xué)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)力學(xué)體系無法實(shí)現(xiàn)的功能和動(dòng)力學(xué)特性，近年來受到了廣泛的關(guān)注。產(chǎn)生超強(qiáng)非線性效應(yīng)和非對(duì)稱的振動(dòng)傳播，（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）對(duì)未來該領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究起到了重要推動(dòng)作用。 眾所周知，胡克定律是支配力學(xué)系統(tǒng)的重要規(guī)律，其可以表述為對(duì)于微小的形變，力學(xué)系統(tǒng)的響應(yīng)是線性的。
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