剪切強度 ansys的案例
『分享』一些鋼的力學性能參數（屈服強度，剪切強度，彈性模量等）
做有限元分析材料參數很重要，發一些材料的力學性能的參數，包括電工硅鋼 普通碳素鋼 碳素結構鋼 碳素工具鋼 優質碳素鋼 合金結構鋼 優質彈簧鋼 等的在常溫下的屈服強度 彈性模量 剪切強度 抗拉強度等力學性能參數。
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鋼鐵的力學性能.rar
巖橋破壞的等效剪切強度(Equivalent shear strength parameters）
1 引言
當進行巖體工程穩定性分析時，無論是使用極限平衡法還是使用數值模擬(FEM,BEM,DEM)方法，都必須輸入巖體的剪切強度參數，即粘結力和內摩擦角。不過，由于巖體是不連續的，很難獲得巖體的剪切強度參數。為了便于工程設計，經常使用等效的粘結力和內摩擦角，通過巖體工程分類指標來估算其值，例如使用GSI。同樣，對于階梯路徑巖體(階梯狀平面破壞; 巖橋和階梯式破壞)的穩定性分析，Jennings (1970) 提出了一種方法來估算巖橋破壞的等效剪切強度。時至今日，這種方法仍然有效。
2 等效剪切強度計算
Jenningss首先提出了沿破壞路徑的連續性系數k這一概念。k的計算方法如下式所示：
其中lj和lr分別是節理長度和巖橋長度。因此巖橋百分比可以表示為1-k. 巖橋的等效剪切強度使用下式來計算：
其中，和是巖橋等效的粘結力和摩擦角; c和f是巖橋的粘結力和內摩擦角；cj和fj是節理的粘結力和摩擦角，k是上面計算的連續系數。
3 巖橋比例
研究顯示在地下開挖中，巖橋的抗剪能力要比在邊坡中的抗剪能力強，只有1%的巖橋理論上具有與常見的地下支護系統(如錨桿和錨索)相當的抗拉能力。(Diederichs, 1999). 這表明小而完整的巖橋可顯著增強破壞表面的抗剪強度。這與邊坡工程中8%的臨界值有較大的差異。(階梯狀平面破壞)。Tuckey (2013)從文獻中統計了巖橋的比例，如下表所示。可以發現，有些巖橋比例已經8%的邊坡也發生破壞，因此巖橋比例對巖體的破壞的影響存在著不確定性。
實驗室內的研究表明，巖橋的抗剪強度不僅取決于加載條件(即主應力的大小和方向), 而且取決于巖體內預先存在的節理的幾何形狀。但在野外真實的巖體中進行類似的邊坡破壞研究是不可行的。
展開 邊坡剪切強度折減分析(Shear Strength Reduction Analysis)
1 引言
現代邊坡數值計算安全系數都使用了剪切強度折減(Shear Strength Reduction Analysis，簡稱SSR)方法，其中一種流行的技術途徑最初是在FLAC中使用FISH來實現的【Dawson, E. M., W. H. Roth and A. Drescher. "Slope Stability Analysis by Strength Reduction," Geotechnique, 49(6), 835-840 (1999)】, 隨后Itasca在它的所有軟件中都嵌入了SSR，因而用戶不再需要自己編程來使用這種技術。Plaxis, RS2, DIANA，GTS等專用的巖土工程軟件現在也都有這個功能。這個筆記簡要討論了Phase2(RS2)的SSR技術，并與ADONIS的計算結果作了比較。
2 問題稱述
這是一個幾何形狀和材料性質非常簡單的邊坡。邊坡幾何形狀如下圖所示。邊坡僅由一種材料組成，材料參數：單位重量=19kN/m^3, 粘結力=5kPa, 內摩擦角=30°。使用SLIDE快速分析這個問題，得出的安全系數為1.14.
3 Phase2解答
(1) 項目設置
主要設置單位和初始的強度折減系數。求解類型選擇默認的高斯消去法，它是有限元分析最通用的求解方法。初始的SRF取1，其它參數取默認值。
(2) 網格劃分
有限元分析的網格劃分是一門藝術，對于邊坡穩定性分析，在規模不大形狀簡單的問題中，網格盡量選擇"Uniform"。采用6節點的三角形單元，單元數目設置為1500。如果感覺結果不理想，可以增加單元數目。
展開 基于ASTM D5656的航空級膠粘劑剪切強度測試優化方案
該修正基于接頭剪切的有限元分析，由兩個系數組成：
C? = 1.03 × t^0.068
C? = -0.000483 + 0.073 × e^(-3.29t)
剪切模量修正按以下公式進行：
G_rec = C? × G_ASTM + C?
其中：G_ASTM – 按D5656標準計算的剪切模量。
2. 試驗結果
2.1 1?2"搭接剪切試驗結果
按D1002標準測試單搭接剪切強度。表2結果顯示表面處理方法對接頭強度有顯著影響。
表2. 1?2"搭接剪切試驗結果
僅噴砂處理的鋁接頭平均剪切強度為14.5MPa，而噴砂后再進行FPL處理的為19.6MPa，即FPL工藝使接頭強度提高了35%。FPL工藝處理后試樣的變異系數更低，表明接頭質量更均勻、可重復性更好。
2.2 厚被粘物剪切試驗結果
主要按ASTM D5656標準進行厚被粘物剪切試驗。接頭剪切分為兩個階段：1）線性階段，膠粘劑應變為彈性，應力-應變關系為線性（剪切模量）；2）塑性階段，剪切應變非彈性，應力增長遠低于彈性階段。圖3為典型厚被粘物剪切試驗的應力-應變曲線，具有三個特征點：LL點為線性極限（彈性階段結束），KN點為應力-應變曲線拐點，UL點為極限應力點。試驗結果見表3與表4。
表3. 噴砂處理后ASTM D5656剪切試驗結果
圖3 典型厚被粘物剪切試驗的應力-應變曲線
表4. FPL處理后ASTM D5656剪切試驗結果
比較兩組試驗，FPL工藝對膠粘劑剪切強度與模量有顯著影響。FPL處理后，平均LL點應力提高了40%（從16.18MPa增至22.68MPa），KN點應力提高了37%（從22.68MPa增至31.06MPa）。極限剪切強度也提高了48%。
展開 
淺析：楊氏模量、彈性模量、剪切模量、體積模量、強度、剛度，泊松比
強度:
強度是指某種材料抵抗破壞的能力，即材料抵抗變形(彈性\塑性)和斷列的能力(應力)。一般只是針對材料而言的。它的大小與材料本身的性質及受力形式有關。可分為：屈服強度、抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等。
如某種材料的抗拉強度、抗剪強度是指這種材料在單位面積上能承受的最大拉力、剪力，與材料的形狀無關。
例如拉伸強度和拉伸模量的比較：他們的單位都是MPa或GPa。拉伸強度是指材料在拉伸過程中最大可以承受的應力，而拉伸模量是指材料在拉伸時的彈性。對于鋼材，例如45號鋼，拉伸模量在100MPa的量級，一般有200－500MPa，而拉伸模量在100GPa量級，一般是180－210Gpa。
剛度:
剛度(即硬度)指某種構件或結構抵抗變形的能力，是衡量材料產生彈性變形難易程度的指標，主要指引起單位變形時所需要的應力。一般是針對構件或結構而言的。它的大小不僅與材料本身的性質有關，而且與構件或結構的截面和形狀有關。
剛度越高，物體表現的越“硬”。對不同的東西來說，剛度的表示方法不同，比如靜態剛度、動態剛度、環剛度等。一般來說，剛度的單位是牛頓/米，或者牛頓/毫米，表示產生單位長度形變所需要施加的力。
法向剛度、剪切剛度的單位同樣是N/m或N/mm，差別在于力的方向不同
一般用彈性模量的大小E來表示.而E的大小一般僅與原子間作用力有關，與組織狀態關系不大。通常鋼和鑄鐵的彈性模量差別很小，即它們的剛性幾乎一樣，但它們的強度差別卻很大。
“彈性模量”是描述物質彈性的一個物理量，是一個總稱，包括“楊氏模量”、“剪切模量”、“體積模量”等。所以，“彈性模量”和“體積模量”是包含關系。
一般地講，對彈性體施加一個外界作用（稱為“應力”）后，彈性體會發生形狀的改變（稱為“應變”），“彈性模量”的一般定義是：應力除以應變。
展開 ANSYS workbench中的剪切應力到底是什么（三）
在 ANSYS Workbench 中，剪切應力（Shear Stress） 是指物體內部平行于截面方向的應力分量，反映材料在平行于受力面方向上的 “錯動趨勢” 或 “剪切變形阻力”。它與正應力（垂直于截面的應力）共同構成了材料內部的應力狀態。
正應力 σx：表示X方向的正向應力
切應力 Txy：表示垂直于X軸的平面上方向沿Y方向的切應力
1.剪切應力的物理意義
從力學本質上看，剪切應力是由于物體受到平行于表面的力（剪切力）作用而產生的：
? 當外力試圖讓材料的兩部分沿平行方向相對滑動時（如剪刀剪斷物體），材料內部會產生抵抗這種滑動的內力，單位面積上的這種內力就是剪切應力。
? 單位為帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa），與正應力單位一致。
2.Workbench 中剪切應力的表現形式
在 Workbench 的結構分析（如靜力學分析）中，剪切應力如何表達，通過以下案例來理解。設置一個橫梁受到上面力的作用，則截面會產生剪切效果，計算后查看結果
那么根據理解，剪切應力最大的應該發生在平行于ZY平面的截面上，那么提取結果應該看YZ的剪切應力，提取結果如下
發現YZ結果并非理解的剪切應力的云圖，經過研究發現，剪切應力的大小遵循材料力學定義的方向，如下圖所示
結果提取Txy之后的應力可以發現結果和理解的相同.
切應力 Txy：表示垂直于X軸的平面上方向向Y方向的切應力，以X的正方向來截取左側的截面為參考
τ_xy：平行于 XY 平面，方向沿 x 軸在 y 方向的錯動（或 y 軸在 x 方向的錯動）；
（分量符號的第一個下標表示應力作用面的法線方向，第二個下標表示應力方向。例如 τ_xy 表示：作用在法線沿 x 軸的截面上，方向沿 y 軸的切應力。）
展開 通過ansys利用均勻化理論計算復合材料等效性能--等效彈性模量，剪切模量等
/PREP7
*SET,ALPH,0.5
*SET,TEMP,1
a=100
c1=0.4988
c2=1-c1
r1=sqrt(c1*a*a/3.1415926*4)
ET,1,PLANE42
KEYOPT,1,3,2
MP,EX,1,83.3
MP,PRXY,1,0.22
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX,1,,ALPH
MPDATA,ALPY,1,,-ALPH
MPDATA,ALPZ,1,,0
MP,EX,2,3.33
MP,PRXY,2,0.35
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX,2,,ALPH
MPDATA,ALPY,2,,-ALPH
MPDATA,ALPZ,2,,0
RECTNG,0,a,0,a,
PCIRC,r1, ,0,90,
AOVLAP,all
wpro,-45.000000,,
wpro,,,-90.000000
asbw,4
WPCSYS,-1,0
WPROTA,-45
CSWPLA,11,0,1,1,
CSYS,11
lsel,s,,,2,4
lsel,a,,,6
LESIZE,ALL, , ,11, ,1, , ,1,
lsel,s,,,10,11
lsel,a,,,1
LESIZE,ALL, , ,6, ,1, , ,1,
lsel,s,,,8,9
LESIZE,ALL, , ,22, ,1, , ,1,
allsel,
TYPE,1
MAT,1
ESYS,11
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,0
amesh,3
TYPE,1
MAT,2
ESYS,11
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
amesh,1,2
展開 基于ANSYS的裂紋尖端應力強度
基于ANSYS的裂紋尖端應力強度
a 裂紋尖端應力強度KI研究的意義
b 裂紋尖端KI的計算方法
c 裂紋尖端應力奇異性處理
d ANSYS計算過程及結果
1、裂紋尖端斷裂力學參數研究意義
v 隨著現代高強材料和大型結構的廣泛應用，一些按傳統強度理論和常規方法設計、制造的產品，發生了不少重大斷裂事故。 v20世紀50年代，美國北極星導彈固體燃料發動機發射時發生低應力脆斷。 v1965年，英國某大型合成塔在水壓試驗時斷裂成兩段。 事故調查發現 →斷裂起源于構件中裂紋
va 傳統的強度理論
缺陷：傳統強度理論并沒有考慮材料中是否有缺陷，對有缺陷的材料，對其安全可靠性不能做出正確的判斷。
b v工程中常見的幾種裂紋
K反映了裂紋尖端應力場的強弱程度
c K斷裂準則
為材料的斷裂韌性
(1)確定含裂紋構件的臨界載荷。G，a，KIC → Fc
(2) 確定裂紋的極限尺寸。G，F，KIC → a
(3) 確定帶裂紋構件的安全性。
2、裂紋尖端KI的計算方法
解析法
f(a,w,…)為幾何修正系數
缺陷：適用于幾何簡單的板類，桿類，梁類構件；對于較復雜得構件，無法得到正確的解析解 。
結論：
v驗證了1/4節點處理裂紋尖端奇異性是可以的。 v
在數值法計算中，隨著平板尺寸的增大，KI的值逐漸接近于解析值。
展開 Ansys workbench應力集中位置的靜強度評估對比
幾何模型如圖所示，楊氏模量2.1X1011pa，屈服強度355MPa，抗拉強度450MPa，斷后伸長率20%。左邊固定，右邊施加1000N垂直向下的力，計算材料的安全系數。
一、載荷約束如圖所示
二、通過軟件分析得到的應力收斂解為188.01MPa，安全系數n1=1.89。
三、使用名義應力法對倒角最大處求解名義應力
對應力最大位置獲取力矩為37000N*mm，慣性矩為810mm^4，形心距為3mm，抗彎截面系數為300 mm^3。即可獲得最大點處的名義應力為137MPa。安全系數為n2=355/137=2.6。
三、根據《德國FKM強度評估指南》
3.1、
3.8、FKM中材料利用率與安全系數互為倒數，n3=3.4
4、通過對三種分析結果判斷
n3 >n2>n1
3.4 >2.6 >1.89
FKM安全系數最大，收劍解安全系數最小。
展開 管道疲勞強度分析及優化(Ansys Workbench)
本文利用SolidWorks軟件建立了管道三維模型，然后導入ANSYS Workbench中得到有限元模型；利用ANSYS軟件將管道分為液體作用環境和螺栓預緊作用環境兩個環境對管道進行靜力學分析，確定應力集中的位置；通過ANSYS Workbench的求解組合功能將兩個環境的結果線性疊加，在此基礎上計算非比例載荷疲勞壽命，求出在螺栓預緊力作用下的管道壽命長短；再通過優化螺栓預緊力大小，使管道的疲勞壽命達到最大值，優化后的管道壽命在原有基礎上提升了10%。研究結果為有效預估管道在非比例載荷作用下的疲勞壽命提供了基礎，具有一定實用價值。
在ANSYS中計算裂縫應力強度因子的技巧
在ANSYS中計算裂縫應力強度因子的技巧
裂縫應力強度因子用ANSYS中怎么求呀。另外，建模時，裂紋應該怎么處理呀，難道只有畫出一條線嗎？
首先說一下裂紋怎么畫，其實裂紋很簡單啊。只要畫出裂紋的上下表面（線）就可以了，即使是兩個面（線）重合也一定要是兩個面（線）；如果考慮道對稱模型就更好辦了，裂紋尖點左面用一個面（線），右邊用另外一個面（線），加上對稱邊界約束。
再說一下裂尖點附近網格的劃分。ansys提供了一個kscon的命令，主要是使得crack
tip的第一層單元變成奇異單元，用來模擬斷裂奇異性(singularity)。當然這個步驟不是必須的，有的人說起用ansys算強度因子的時候就一定要用奇異單元，其實是誤區（原因下面解釋）
好了，回到強度因子的計算。其實只要學過一些斷裂力學都知道，K的求法很多。就拿Mode
I的KI來說吧，Ansys自己提供了一個辦法（displacement extrapolation）
，中文可能翻譯作“位移外推”法，其實就是根據解析解的位移公式來對計算數據進行fitting的。分3步走，如果你已經算完了：
第一步，先定義一個crack-tip的局部坐標系，這是ansys幫助文件中說的，其實如果你的裂紋尖端就是整體坐標原點的話，而且你的x-axis就順著裂紋，就沒有什么必要了。
第二步，定義一個始于crack-tip的path,什么什么？path怎么定義？？看看幫助吧，在索引里面查找fracture
mechanics，找到怎么計算斷裂強度因子。（my god,我這3步全是在copy幫助中的東東啊）。
第三步，Nodal
Calcs>Stress Int Factr ，別忘了，這是在后處理postproc中啊。
展開 
基于Mechanical ANSYS的排障器強度分析
表1 超常載荷
工況1
工況2
工況3
工況4
工況5
ax=10g
ay=20g
ay=-20g
az=3g
az=-3g
表2 特殊載荷
工況6
工況7
工況8
工況9
Fz=-3kN
Fz=-4kN
Fz=-4.5kN
Fz=-5kN
將載荷工況結構分別進行靜強度分析，得到計算結果。通過超常載荷工況驗證了模型在列車運營過程中結構安全性；通過特殊載荷工況，驗證在排障板中部受到多大的沖擊后，排障板發生塑性變形并出現斷裂。現例舉載荷工況2（超常載荷惡劣工況）、工況9（排障板發生斷裂）的結果如下圖。
本算例在工況9條件下的螺栓強度達到最大，最大的云圖見下圖。
ANSYS強度折減法邊坡穩定性分析及地震荷載分析 ￥30
采用ANSYS有限元強度折減方法對滑坡穩定系數進行求解，通過有限元強度折減方法對不同工況下滑坡穩定系數進行計算，并將模擬計算值與極限平衡方法進行對比，驗證了強度折減方法的有效性。
有限元強度折減法是20世紀70年代末由英國科學家Zienkiewicz提出的，是通過不斷提高強度折減系數來降低坡體巖土抗剪強度參數，并反復試算，直到達到極限破壞狀態，程序自動根據彈塑性有限元計算結果得到滑動破壞面，同時得到滑坡的強度儲備安全系數。該方法在理論體系上比極限平衡法更嚴格，它全面滿足了靜力許可、應變相容以及土體的非線性應力-應變關系。
地震荷載加載前需要對模型進行模態分析求解，來獲得固有頻率及瑞麗阻尼系數，然后再對模型進行動態加載。
第一步：模型建立、施加邊界條件、自重工況下強度折減
第二步：模態分析求解
第三步：求解瑞麗阻尼系數、地震波加載
展開 新能源汽車強度、耐久分析與Ansys創新解決方案
結構強度
一站式短纖維復合材料仿真流程
對標后的材料數據 + 映射后的注塑信息
Ansys復合材料解決方案
· 完整的復合材料解決方案
-Ansys Composite Pre/Post (ACP)用于精確的復合材料建模和評估
-Ansys Material Designer用于復合組成尺度的材料系統探索
-Ansys Composite Curing Simulation (ACCS)用于復合材料制造模擬
-Ansys Granta用于材料選擇、數據管理
· Workbench內的集成工作流程
· 能夠探索關鍵的復合材料套筒設計參數:
-纖維預緊力
-材料特性：纖維/基體剛度特性、纖維體積分數
-套筒：層數厚度/層數
Ansys復合材料解決方案的功能
Ansys ACP與其他工具的交互
疲勞耐久
焊縫網格劃分：熱影響區組集
焊接疲勞分析實例
粘接接頭疲勞分析
連接管理：點焊/粘接
展開 ANSYS workbench中的應力如何對應四種強度理論？(二)
第三強度理論（最大切應力理論 ）
核心思想：材料破壞由最大切應力引起，當構件內某點的最大切應力達到單向拉伸屈服時的最大切應力（σ?/2）時，材料屈服。
ANSYS 中表達式：
等效應力 σ? = σ? - σ?
（σ?為最大主應力，σ?為最小主應力，取兩者差值）
適用場景：塑性材料（如鋼、鋁）的屈服判斷，計算簡單，偏于安全，工程中廣泛應用
ANSYS 中表達式1：(s1-s3)/2
ANSYS 中表達式2：sint
ANSYS 中表達式3：默認的intensity
4. 第四強度理論（形狀改變比能理論 /von Mises 準則）
核心思想：材料破壞由形狀改變比能（單位體積內因形狀變化儲存的能量）引起，當形狀改變比能達到單向拉伸屈服時的形狀改變比能時，材料屈服。
ANSYS 中表達式：
等效應力 σ? = √[(σ?-σ?)2 + (σ?-σ?)2 + (σ?-σ?)2]/√2
（綜合三個主應力的平方差，更接近塑性材料的實際屈服行為）
適用場景：塑性材料的屈服判斷，比第三強度理論更符合實驗結果，是 ANSYS 中默認且最常用的強度理論（如結構設計、有限元分析常規校核）。
ANSYS 中表達式1：(0.5*((sx-sy)^2+(sy-sz)^2+(sz-sx)^2)+3*(sxy^2+sxz^2+syz^2))^0.5
ANSYS 中表達式2：(0.5*((s1-s2)^2+(s2-s3)^2+(s3-s1)^2))^0.5
ANSYS 中表達式3：seqv
總結
在 Workbench 的后處理中，可直接查看對應理論的等效應力云圖，快速判斷結構是否滿足強度要求。
展開 