ansys橢圓剪切
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys橢圓剪切的視頻教程
ansys橢圓剪切的實例教程
一創建橢圓:
1. 利用CSWPLA 命令（或GUI：Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At WP Origin）在工作平面的原點建立一個橢圓坐標系，即局部柱坐標系的PAR不等于1（PAR1定義Y軸半徑與X軸半徑之比）
2. 在新的局部橢圓坐標系創建兩個關鍵點（這兩個關鍵點為橢圓長軸的兩個端點）
3. 在新的局部橢圓坐標系創建一條線。此即橢圓的上一半。
4. 激活坐標系改變到總體笛卡爾坐標系，沿其對稱軸進行反射生成橢圓的下一半。
！以下是示例的命令流：
CSWPLA,11,1,0.5,1,
/PREP7
K,1,-.5,,,
K,2,0.5,,,
L, 1, 2
CSYS,0
LSYMM,Y,1, , , ,0,0
LPLOT
SAVE
如何創建橢圓與橢球
創建橢球:
1. 如上面步驟1創建一個橢圓坐標系。
2. 在新的局部橢圓坐標系創建兩個關鍵點。
3. 在新的局部橢圓坐標系創建一條線。此即橢圓的上一半。
4. 激活坐標系改變到總體笛卡爾坐標系。將此線沿其軸旋轉生成橢球的表面。
！以下是示例的命令流：
CSWPLA,11,1,0.5,1,
/PREP7
SAVE
K,1,-.5,,,
K,2,0.5,,,
L, 1, 2
CSYS,1
AROTAT,1, , , , , ,2, ,360, ,
APLOT
va,all
save
只要你改變a,b,N的值，就會畫出不同的橢圓。
! where x**2/a**2 + y**2/b**2 = 1
! and the whole elliptic arc is divided into N parts
! equally by the angle at origin
!
展開 1 問題描述
某鍋爐廠的出力為3t/h的臥式鍋殼蒸汽鍋爐，鍋殼上部開有320mmX420mm的內閉式橢圓人孔。人孔結構及尺寸簡圖見圖1。
圖1 人孔結構簡圖
人孔頸（加強圈）、人孔蓋及鍋殼均采用20g材料制成。鍋爐額定溫度204℃，額定壓力為1.6MPa。分析中采用的材料參數見表1.
表1 計算參數匯總表
2 分析過程
取人孔的1/4及鍋殼建立三維分析模型。由于鍋殼直徑與人孔幾何尺寸相比很大，因此沿鍋殼環向僅取90°進行分析。鍋殼軸向取用長度為1m。由于人孔螺栓僅在預緊時起作用，隨著內壓力的增加，螺栓的拉力下降，影響也隨之減弱，而且螺栓的橫截面積與人孔頸橫截面積相比應為小量，因此模型中予以忽略。
模型位移邊界條件容易得到。對稱面施加無摩擦約束，遠離人孔的鍋殼橫向剖面上作用有均布拉力，為-50.803MPa；同時模型承受內壓載荷1.6MPa。
采用較粗糙的網格模量，總共11092個節點，1830個單元，最大偏度為0.59，平均偏度為0.08。
圖2 模型網格
圖3 邊界條件
人孔墊片在人孔組件中不僅起到密封作用，還有一個重要作用就是將人孔蓋正面的介質壓力傳遞到人孔加強圈上。墊片材料通常采用石棉板或橡膠石棉板，但其力學性能數據很難得到，因此分析模型中將墊片做簡化處理，取很小的彈性模量，本例子取0.1MPa。
圖4給出了墊片傳遞面力的大小。如果墊片壓力為均均分布，容易計算出均布壓力理論值為8.492MPa。從圖4看，壓力分布還是比較均布的，大部分壓力值都在8.5MPa附近，負值代表墊片受力方向。
3 結果討論
圖5給出了人孔應力強度分布，可見，應力最大值位置出現在人孔加強圈與鍋殼相貫位置短軸端部內側。最大應力值為240.36MPa。
展開 基本模型如下，在綠色表面分別建立半橢圓裂紋(Semi-Elliptical Crack)和隨機裂紋(Arbitrary Crack)進行計算：
一、半橢圓裂紋(Semi-Elliptical Crack)
1、建立局部坐標系如下圖，注意x軸指向裂紋深度方向，z軸指向裂紋長度方向：
2、添加半橢圓裂紋
選中Model單擊工具欄Fracture即可添加裂紋功能如下圖：
右擊Fracture->Insert->選擇Semi-Elliptical Crack添加半橢圓裂紋如下圖：
3、半橢圓裂紋參數設置及說明
4、網格設置及劃分
單元階數設置為二階如下圖：
單元形狀設置為四面體如下圖：
右擊選擇Generate All Crack Meshes生成網格如下圖：
5、加載
底面施加固定約束，頂面施加拉力10000N如下圖：
6、查看計算結果
除查看變形、應力等結果外，可以添加Fracture Tool查看裂紋尖端強度因子如下圖：
Fracture Tool選擇Semi-Elliptical Crack如下圖：
應力強度因子結果如下圖：
二、隨機裂紋(Arbitrary Crack)
1、建立裂紋體如下圖中Surface Body：
2、建立局部坐標系如下圖，注意x軸指向裂紋深度方向，z軸指向裂紋長度方向：
3、添加隨機裂紋
隨機裂紋的形狀不固定，這里做成了長方形。
展開 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 /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 
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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
基本模型如下，在綠色表面分別建立半橢圓裂紋(Semi-Elliptical Crack)和隨機裂紋(Arbitrary Crack)進行計算：
一、半橢圓裂紋(Semi-Elliptical Crack)
1、建立局部坐標系如下圖，注意x軸指向裂紋深度方向，z軸指向裂紋長度方向：
2、添加半橢圓裂紋
選中Model單擊工具欄Fracture即可添加裂紋功能如下圖
1 問題描述
某鍋爐廠的出力為3t/h的臥式鍋殼蒸汽鍋爐，鍋殼上部開有320mmX420mm的內閉式橢圓人孔。人孔結構及尺寸簡圖見圖1。
圖1 人孔結構簡圖
人孔頸（加強圈）、人孔蓋及鍋殼均采用20g材料制成。鍋爐額定溫度204℃，額定壓力為1.6MPa。分析中采用的材料參數見表1.
表1 計算參數匯總表
2 分析過程
取人孔的1/4及鍋殼建立三維分析模型。由于鍋殼直徑與人孔幾何尺寸相比很大
一創建橢圓:
1. 利用CSWPLA 命令（或GUI：Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At WP Origin）在工作平面的原點建立一個橢圓坐標系，即局部柱坐標系的PAR不等于1（PAR1定義Y軸半徑與X軸半徑之比）
2. 在新的局部橢圓坐標系創建兩個關鍵點（這兩個關鍵點為橢圓長軸的兩個端點）
3. 在新的局部橢圓坐標系創建一條線
/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
