ANSYS 剪切因子
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ANSYS 剪切因子的實(shí)例教程
在 ANSYS Workbench 中，剪切應(yīng)力（Shear Stress） 是指物體內(nèi)部平行于截面方向的應(yīng)力分量，反映材料在平行于受力面方向上的 “錯(cuò)動(dòng)趨勢(shì)” 或 “剪切變形阻力”。它與正應(yīng)力（垂直于截面的應(yīng)力）共同構(gòu)成了材料內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)。
正應(yīng)力 σx：表示X方向的正向應(yīng)力
切應(yīng)力 Txy：表示垂直于X軸的平面上方向沿Y方向的切應(yīng)力
1.剪切應(yīng)力的物理意義
從力學(xué)本質(zhì)上看，剪切應(yīng)力是由于物體受到平行于表面的力（剪切力）作用而產(chǎn)生的：
? 當(dāng)外力試圖讓材料的兩部分沿平行方向相對(duì)滑動(dòng)時(shí)（如剪刀剪斷物體），材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生抵抗這種滑動(dòng)的內(nèi)力，單位面積上的這種內(nèi)力就是剪切應(yīng)力。
? 單位為帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa），與正應(yīng)力單位一致。
2.Workbench 中剪切應(yīng)力的表現(xiàn)形式
在 Workbench 的結(jié)構(gòu)分析（如靜力學(xué)分析）中，剪切應(yīng)力如何表達(dá)，通過(guò)以下案例來(lái)理解。設(shè)置一個(gè)橫梁受到上面力的作用，則截面會(huì)產(chǎn)生剪切效果，計(jì)算后查看結(jié)果
那么根據(jù)理解，剪切應(yīng)力最大的應(yīng)該發(fā)生在平行于ZY平面的截面上，那么提取結(jié)果應(yīng)該看YZ的剪切應(yīng)力，提取結(jié)果如下
發(fā)現(xiàn)YZ結(jié)果并非理解的剪切應(yīng)力的云圖，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，剪切應(yīng)力的大小遵循材料力學(xué)定義的方向，如下圖所示
結(jié)果提取Txy之后的應(yīng)力可以發(fā)現(xiàn)結(jié)果和理解的相同.
切應(yīng)力 Txy：表示垂直于X軸的平面上方向向Y方向的切應(yīng)力，以X的正方向來(lái)截取左側(cè)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(cuò)動(dòng)（或 y 軸在 x 方向的錯(cuò)動(dòng)）；
（分量符號(hào)的第一個(gè)下標(biāo)表示應(yīng)力作用面的法線方向，第二個(gè)下標(biāo)表示應(yīng)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(yīng)力。）
展開(kāi) 在ANSYS中計(jì)算裂縫應(yīng)力強(qiáng)度因子的技巧
裂縫應(yīng)力強(qiáng)度因子用ANSYS中怎么求呀。另外，建模時(shí)，裂紋應(yīng)該怎么處理呀，難道只有畫出一條線嗎？
首先說(shuō)一下裂紋怎么畫，其實(shí)裂紋很簡(jiǎn)單啊。只要畫出裂紋的上下表面（線）就可以了，即使是兩個(gè)面（線）重合也一定要是兩個(gè)面（線）；如果考慮道對(duì)稱模型就更好辦了，裂紋尖點(diǎn)左面用一個(gè)面（線），右邊用另外一個(gè)面（線），加上對(duì)稱邊界約束。
再說(shuō)一下裂尖點(diǎn)附近網(wǎng)格的劃分。ansys提供了一個(gè)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(lái)模擬斷裂奇異性(singularity)。當(dāng)然這個(gè)步驟不是必須的，有的人說(shuō)起用ansys算強(qiáng)度因子的時(shí)候就一定要用奇異單元，其實(shí)是誤區(qū)（原因下面解釋）
好了，回到強(qiáng)度因子的計(jì)算。其實(shí)只要學(xué)過(guò)一些斷裂力學(xué)都知道，K的求法很多。就拿Mode
I的KI來(lái)說(shuō)吧，Ansys自己提供了一個(gè)辦法（displacement extrapolation）
，中文可能翻譯作“位移外推”法，其實(shí)就是根據(jù)解析解的位移公式來(lái)對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行fitting的。分3步走，如果你已經(jīng)算完了：
第一步，先定義一個(gè)crack-tip的局部坐標(biāo)系，這是ansys幫助文件中說(shuō)的，其實(shí)如果你的裂紋尖端就是整體坐標(biāo)原點(diǎn)的話，而且你的x-axis就順著裂紋，就沒(méi)有什么必要了。
第二步，定義一個(gè)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(jì)算斷裂強(qiáng)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(kāi) 幾何模型
有限元模型
等效應(yīng)力
附件包括K.txt計(jì)算命令流
/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
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正應(yīng)力 σx：表示X方向的正向應(yīng)力
切應(yīng)力 Txy：表示垂直于X軸的平面上方向沿Y方向的切應(yīng)力
1.剪切應(yīng)力的物理意義
從力學(xué)本質(zhì)上看
幾何模型
有限元模型
等效應(yīng)力
附件包括K.txt計(jì)算命令流
在ANSYS中計(jì)算裂縫應(yīng)力強(qiáng)度因子的技巧
裂縫應(yīng)力強(qiáng)度因子用ANSYS中怎么求呀。另外，建模時(shí)，裂紋應(yīng)該怎么處理呀，難道只有畫出一條線嗎？
首先說(shuō)一下裂紋怎么畫，其實(shí)裂紋很簡(jiǎn)單啊。只要畫出裂紋的上下表面（線）就可以了，即使是兩個(gè)面（線）重合也一定要是兩個(gè)面（線）；如果考慮道對(duì)稱模型就更好辦了，裂紋尖點(diǎn)左面用一個(gè)面（線），右邊用另外一個(gè)面（線），加上對(duì)稱邊界約束。
再說(shuō)一下裂尖點(diǎn)附近網(wǎng)格的劃分
/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
