ansys焊縫應(yīng)力集中的案例
Optistruct做靜力分析，應(yīng)力集中在焊縫處
Optistruct做靜力分析，查看應(yīng)力云圖時(shí)，應(yīng)力較大位置集中在焊縫處，零部件上應(yīng)力則較小，不能得到理想的靜力分析結(jié)果。同樣用rigids連接，應(yīng)力則集中在零部件相連位置。請(qǐng)問在施加較大拉力（100000N）時(shí)，零部件關(guān)鍵部位用什么連接方式好？得到結(jié)果能合理反映零部件應(yīng)力應(yīng)變情況。
ANSYS分析VS理論解 | 梁分別受集中力、集中力偶和均布載荷作用的應(yīng)力和變形
熟練進(jìn)行后處理，包括約束反力、內(nèi)力、應(yīng)力和變形，特別是剪力圖和彎矩圖與材料力學(xué)的對(duì)比，切應(yīng)力和正應(yīng)力云圖的提取方法。
一、問題描述
一簡支梁，總長l =0.4m，其中a= b = l/2，橫截面尺寸B = 6mm，H=10 mm，彈性模量E= 200 GPa，泊松比u = 0.3。分別受三種載荷作用：（1）受集中力F =100 N；（2）集中力偶Me= 20 N·m；（3）受均布載荷q =500 N/m。計(jì)算梁的約束反力、內(nèi)力（剪力和彎矩）、應(yīng)力（切應(yīng)力和正應(yīng)力）和變形（轉(zhuǎn)角和撓度）。
二、理論計(jì)算
參考教材：劉鴻文. 材料力學(xué)(第5版) [M]. 北京: 高等教育出版社, 2011: 110-209.
三、GUI步驟
1．進(jìn)入ANSYS
程序→ ANSYS → ANSYS Product Launcher → 改變working directory到指定文件夾→ 在job name輸入：file → Run。
2．定義工作文件名及工作標(biāo)題
(1)定義工作文件名：UtilityMenu > File > Change Jobname → Change Jobname → 輸入文件名file→ OK。可不用輸入，默認(rèn)為file。
(2)定義工作標(biāo)題：UtilityMenu > File > Change Title → Change Title → 輸入Beam→ OK。可不用輸入。
3．定義單元屬性
(1)定義單元類型：
①指定BEAM188單元：MainMenu >Preprocessor >Element Type >Add/Edit/Delete→Add→在左列表框中選擇Beam，在右列表框中選擇2node 188 →OK。
展開 應(yīng)力集中問題與ANSYS驗(yàn)證
在工程上，應(yīng)力集中的程度用局部最大應(yīng)力σmax與該截面上的名義應(yīng)力σnom的比值來表示，即
Ktσ=σmax/σnom
Ktσ稱為理論應(yīng)力集中系數(shù)。下面，我們將通過一個(gè)典型應(yīng)力集中問題——帶孔平板，使用ANSYS軟件求出最大應(yīng)力和應(yīng)力分布圖，并與彈性理論計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較：
根據(jù)彈性力學(xué)知識(shí)，孔邊環(huán)向正應(yīng)力的大小是無孔時(shí)的3倍，隨著遠(yuǎn)離孔邊而極速趨近于q。
ANSYS求解：
Step1：在SCDM中創(chuàng)建平面模型。
由于我們使用平面應(yīng)力模型計(jì)算，所以建模時(shí)必須要將橫截面建立在xy平面上。建立一個(gè)邊長為20mm×10mm的平面模型，中間孔的直徑為2mm。我們將模型分為四部分，方便在每部分的邊界上設(shè)置Path，從而繪制應(yīng)力曲線。由于該模型同時(shí)關(guān)于X軸和Y軸對(duì)稱，我們也可以使用四分之一模型建模。此處筆者使用完整模型。建立完成以后，使用share命令共享拓?fù)洌缓簏c(diǎn)擊菜單欄Workbench→ANSYS transfer→2020R1進(jìn)入Workbench。
Step2：設(shè)置分析類型（2D）。
在Project Schematic中的空白處點(diǎn)擊右鍵，選擇Properties，打開Properties of Project Schematic。單擊項(xiàng)目中的A3（Geometry）欄，在Propertiesof Project Schematic A3: Geometry中將AnalysisType切換為2D。（若Analysis Type為3D，則導(dǎo)入平面幾何后軟件將使用殼單元計(jì)算。）
展開 Ansys workbench應(yīng)力集中位置的靜強(qiáng)度評(píng)估對(duì)比
一、載荷約束如圖所示
二、通過軟件分析得到的應(yīng)力收斂解為188.01MPa，安全系數(shù)n1=1.89。
三、使用名義應(yīng)力法對(duì)倒角最大處求解名義應(yīng)力
對(duì)應(yīng)力最大位置獲取力矩為37000N*mm，慣性矩為810mm^4，形心距為3mm，抗彎截面系數(shù)為300 mm^3。即可獲得最大點(diǎn)處的名義應(yīng)力為137MPa。安全系數(shù)為n2=355/137=2.6。
三、根據(jù)《德國FKM強(qiáng)度評(píng)估指南》
3.1、
3.8、FKM中材料利用率與安全系數(shù)互為倒數(shù)，n3=3.4
4、通過對(duì)三種分析結(jié)果判斷
n3 >n2>n1
3.4 >2.6 >1.89
FKM安全系數(shù)最大，收劍解安全系數(shù)最小。
展開 
ANSYS預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土耦合造成應(yīng)力集中的一種解決方法
問題描述
用ANSYS計(jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土非線性有限元問題時(shí)，混凝土采用三維Solid單元，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用線性的Link單元。常規(guī)做法是分別建模，用耦合的方法使鋼筋和混凝土單元協(xié)調(diào)工作。
于是，問題出現(xiàn)了，當(dāng)二維單元和三維單元進(jìn)行耦合的時(shí)候，在耦合點(diǎn)處“天然出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象”，而且應(yīng)力集中對(duì)整體有限元計(jì)算精度的影響隨著單元尺度劃分的不同而不同。
作者還提供的對(duì)比計(jì)算結(jié)果如下：
原因分析
1.沿梁縱向，恰好也是鋼筋線性單元的布置方向，所以此方向上的應(yīng)力和跨中撓度受單元?jiǎng)澐殖叨扔绊懞苄。?2.沿梁豎向，曲線預(yù)應(yīng)力有豎彎構(gòu)造時(shí)，單元?jiǎng)澐殖叨葘?duì)豎向應(yīng)力影響較大；
3.沿梁橫向，曲線預(yù)應(yīng)力有橫彎構(gòu)造時(shí)，單元?jiǎng)澐殖叨葘?duì)豎向應(yīng)力影響較大；
4.當(dāng)曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋的彎折半徑較小時(shí)，彎折區(qū)域應(yīng)力集中可能會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果有較大影響。
解決方案
作者提出了一個(gè)解決方案：用三維Solid單元代替二維單元模擬預(yù)應(yīng)力鋼筋。并且通過對(duì)比計(jì)算得出以下結(jié)論：
1.沿跨度縱向方向”當(dāng)單元?jiǎng)澐殖叨冗m宜時(shí)”單元?jiǎng)澐殖叨茸兓瘜?duì)于特征應(yīng)力影響微乎其微；
2.沿截面豎向方向”單元?jiǎng)澐殖叨茸兓瘯r(shí)”其應(yīng)力相對(duì)變化率約在5%以內(nèi)；
3.沿截面橫向方向”單元?jiǎng)澐殖叨茸兓瘯r(shí)”其應(yīng)力相對(duì)變化率約在10%以內(nèi)，當(dāng)單元?jiǎng)澐殖叨冗x取適宜時(shí)”其應(yīng)力相對(duì)變化率可控制在
5%左右。
至此，耦合產(chǎn)生的應(yīng)力集中問題基本解決。
展開 基于ANSYS的應(yīng)力集中分析(個(gè)人原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，謝謝！技術(shù)鄰ID有限元中解人生) ￥2
基于ANSYS的應(yīng)力集中分析
靜力分析概述
靜力分析計(jì)算結(jié)構(gòu)在固定不變載荷下的響應(yīng)。靜力分析不考慮結(jié)構(gòu)的慣性和阻尼的影響，但是靜力分析可以計(jì)算那些固定不變的慣性載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響（例如重力和離心力），以及那些可以近似等價(jià)為靜力作用的隨時(shí)間變化的載荷（例如在很多建筑規(guī)范中所定義的等價(jià)靜力風(fēng)載荷和地震載荷）。
靜力分析用于計(jì)算由不包括慣性和阻尼效應(yīng)的載荷作用于結(jié)構(gòu)或部件上引起的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和反力等。固定不變的載荷和響應(yīng)是一種理想的假設(shè)，即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時(shí)間的變化非常緩慢。靜力分析所處理的載荷通常包括：
（1）外部施加的作用力（集中力、分布力和體積力等）；
（2）穩(wěn)定的慣性力（重力和離心力等）；
（3）強(qiáng)迫位移；
（4）溫度載荷（對(duì)于溫度應(yīng)變）；
（5）能流載荷（對(duì)于核能膨脹）；
靜力分析可以是線性的也可以是非線性的。非線性靜力分析包括所有類型的非線性：大變形、彈塑性、蠕變、應(yīng)力剛化、接觸等，這些將在高級(jí)篇中分別講述。本章只涉及線性情況，即小變形，材料是線彈性的。
靜力分析的一般步驟通常如下。
（1）建模。首先用戶應(yīng)該指定工作目錄、文件名和分析標(biāo)題，然后在前處理中定義模型幾何元素、單元類型、實(shí)常數(shù)、材料參數(shù)等。這些步驟對(duì)大多數(shù)ANSYS分析類型是一致的。前處理中需要注意以下問題。
① 可以應(yīng)用線性或非線性結(jié)構(gòu)單元。
② 材料特性可以是線性或非線性、各向同性或正交各向同性、常數(shù)或與溫度相關(guān)的。
必須按某種形式定義剛度（如彈性模量EX、超彈性系數(shù)等）。
對(duì)于慣性載荷（如重力、離心力等），必須定義質(zhì)量計(jì)算所需的數(shù)據(jù)，如密度DENS等。
對(duì)于溫度載荷，必須定義熱膨脹系數(shù)ALPX。
③ 對(duì)于網(wǎng)格密度，要記住以下兩點(diǎn)。
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