ansys拉伸體積的案例
ANSYS鋼材拉伸模擬程序
鋼材拉伸模擬.pdf
Ansys Workbench ACT插件，由窗口選中體單元，提取體積和表面積，計算幾何特征尺寸 ￥20
Ansys Workbench ACT插件，由窗口選中體單元，提取體積和表面積，計算幾何特征尺寸
問題：
在FKM關于結構疲勞評估計算方法中指出：零部件特征尺寸，影響疲勞結果評估。原因是材料的應力壽命曲線是由標準試樣進行試驗測試獲得的。當零部件的特征尺寸與測試樣件不一致時，需要考慮零部件的特征尺寸這一因素。（一般而言，當零部件的尺寸大于材料標準測試樣件時，零部件的表面或內部缺陷發生的概率會增加，從而導致零部件尺寸越大，疲勞壽命越低）
對與規則幾何形狀的零部件，有相應的經典公式提供特征尺寸的計算；例如圓形細長桿的特征尺寸是直徑；薄板零部件的特征尺寸是板厚等；但是實際工作中的零部件幾何形狀千差萬別，沒有統一的經典公式可以提供特征尺寸的計算；在FKM手冊中給出了一個通用公式，用于估計零部件疲勞危險區域的局部特征尺寸；
FKM關于循環載荷的疲勞評估中，提及可以使用循環載荷下的有限元應力結果進行疲勞損傷估計。此時，除了需要由應力結果估計危險疲勞區域，提取危險點的應力結果外，還需要給出危險疲勞區域的特征尺寸。在Ansys Workbench中，用戶可以方便的查看應力結果云圖，從而大體評估出危險疲勞區域。并且用戶可以通過選取高應力區域的單元體，再通過特征尺寸一般計算公式，來估計高應力區域的特征尺寸，進行進行合理的FKM疲勞評估。
但是，Ansys Workbench中，當用戶選中了某個/某些體單元后，在選擇信息欄中并不能直接給出單元體積和表面的有效信息輸出。并且通過查詢資料，即使在APDL經典界面中對與體單元也是僅僅只能輸出體積（沒有體單元表面的輸出）；并且對與FKM特征尺寸的一般計算公式中，關于表面積A，也并不是指每個體單元所有面的表面積的總和。
展開 ANSYS提取具體三維單元的體積，面元的面積和線的長度
在ANSYS中，能提取具體三維單元的體積，面元的面積和線的長度。
如：*GET,E_VOLUME,ELEM,10,VOLU 為提取編號為10的單元的體積
*GET,a_area,AREA,50,AREA 為提取編號為50的面元的面積
*GET,l_length,LINE,100,LENG 為提取編號為100的線的長度
以上對應的GUI操作： Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data 如果要一次性提取多個元素的相關參數，可以用命令 *VGET, ParR, Entity, ENTNUM, Item1, IT1NUM, Item2, IT2NUM, KLOOP 對應GUI操作：Utility Menu>Parameters>Get Array Data
輸入命令 alist,p 出選項框，選你要看的那個面積，提取選中的單元面積。
*cfopen,'area','txt',
*GET,MaxEleNum,ELEM,,NUM,MAX
*GET,MinEleNum,ELEM,,NUM,MIN
*do,i,MinEleNum,MaxEleNum,1
*if,esel(i),eq,1,then
*get,volu,elem,i,volu
*vwrite,i,volu
(f5.0,f15.12)
*end if
*enddo
*cfcols
展開 基于ANSYS的大體積混凝土水化熱分析
何謂大體積混凝土，英文是concrete in mass，我國《大體積混凝土施工標準》GB50496-2018里規定：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，稱之為大體積混凝土。----引自百度百科。
通俗來說，對于澆筑尺寸邊長大于1m的混凝土構筑物，都可以當做大體積混凝土。在實際工程中，大體積混凝土廣泛應用于船塢、船閘、橋墩、閘底板、大壩等工程。如下述圖片所示
大型水利樞紐--圖片源于網絡。
橋墩--圖片源于網絡。
船閘模型示例--圖片源于網絡。
澆筑中的基礎--圖片源于網絡。
大體積混凝土由于體積厚大，導熱系數較低，容易生產溫度裂縫。但由于水泥水化過程中，系統的溫度、生熱率、熱流率、熱邊界條件等參數隨時間都有明顯變化。下面說下ANSYS中如何進行水化熱分析。
利用ANSYS進行水化熱分析時，一般分兩步走：第1步，采用溫度場單元進行水化熱溫度場分析；第2步，將前面所得到的的溫度場分析結果轉為應力場，施以相應的邊界條件，然后進行應力場分析。
利用 ANSYS進行溫度場分析時，對于三維實體單元，通常采用SOLID70 ，通過查看幫助文檔或者教程，可知該單元有8 個節點，且每個節點上只有一個溫度自由度，具有三個方向的熱傳導能力，并能實現勻速熱流的傳遞。該單元可以用于三維靜態或瞬態的熱分析，同時此單元也可以進行結構分析。
solid70單元
用ANSYS計算大體積混凝土溫度場的目的是以此為基礎來計算溫度應力。因此計算大體積混凝土三維溫度場時可選取三維實體熱單元SOLID70，該單元可以在前處理器通過“ETCHG,TTS”命令進行單元轉換，原來的熱單元SOLID70 將自動轉換為結構單元SOLID45，以方便接下來的溫度應力計算。
展開 
改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench ￥3
改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench
本教程包括改進的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。
步驟 1：概述
這項工作的主要目的是提出混合模式載荷下線性彈性材料中裂紋擴展路徑的數值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對疲勞裂紋擴展和疲勞壽命的影響。
ANSYS Mechanical（工作臺）利用 ANSYS 中的一項新功能即智能裂紋擴展技術，準確預測恒定幅值載荷條件下的裂紋擴展路徑和相關的疲勞壽命。
在線彈性斷裂力學 (LEFM) 假設下，采用巴黎定律模型評估具有不同 MCTS 配置的改進緊湊拉伸試樣 (MCTS) 的混合模式疲勞壽命。該方法涉及通過增量裂紋擴展分析準確評估應力強度因子 (SIF)、裂紋擴展路徑和疲勞壽命評估。
疲勞裂紋擴展結果表明，疲勞裂紋始終被孔吸引，因此要么它只能彎曲路徑并向孔擴展，要么它只能從孔中浮出并在孔消失后進一步擴展。就混合型載荷條件下裂紋擴展的軌跡而言，本研究的結果與文獻中發表的幾項裂紋擴展實驗的結果相一致，這些實驗顯示了類似的觀察結果。
本教程主要基于 Abdulnaser M. Alshoaibi 和 Yahya Ali Fageehi 的論文“線性彈性材料疲勞裂紋擴展路徑的數值分析和壽命預測”。
第 2 步：設置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態結構分析：
步驟3：工程數據（材料模型）
本教程選定的材料是“SAE 1020 碳鋼”。
材料模型由各向同性彈性、拉伸屈服強度、拉伸極限強度和巴黎定律參數（C 和 m）組成。
展開 基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實驗模擬
基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實驗模擬
作者：大龍貓 微信公眾號：CAE_ANSYS
拉伸斷裂實驗是測試材料的經典實驗，可以測量材料的應力應變曲線，測量材料的抗拉強度，作為經典的實驗如何獲取其模擬過程呢？仿真分析軟件AYSYS在默認的情況下，無論受力多大都不會被拉斷，其主要原因是算法的問題。
利用ANSYS/LS-DYNA的SPH-FEM耦合拉伸模擬
基于以上考量，本文運用ANSYS/LS-DYNA進行了SPH-FEM耦合算法的拉伸試驗模擬。
2、模型設置
分析模型如下圖所示，拉伸件兩端采用殼單元，中間段采用SPH粒子法劃分。粒子與殼單元接觸段采用tie功能進行綁定，以實現FEM與SPH之間的耦合計算。
由于采用了耦合算法，還需要對殼單元和SPH粒子進行相關的設置，具體內容如下：
對于模型的材料設置，考慮到模型的形狀，斷裂破壞肯定會發生在中間粒子區域，而模型的兩端殼單元區域屬于加載區域，不會發生破壞，也不是本次模擬的關心區域，因此為了進一步提高求解效率和節約求解資源，模型將殼單元區域賦予剛體材料模型，即不考慮模型兩端的變形情況。粒子區域的具體材料參數如下圖所示：
為模擬拉伸工況，本次模擬中將模型的一端殼單元的自由度全部約束，使其成為固定端，在另一端殼單元采用線性位移加載，加載曲線如下圖所示：
除此之外，還需要設置相關的輸出，計算終止時間等內容，在此不進行一一贅述。模型攝制完成之后即可導出K文件，利用ANSYS/LS-DYNA求解器進行求解。
3、結果分析
以上為拉伸件的塑性應變隨時間的分布圖，可以看出斷裂發生在預期位置，證明了采用SPH-FEM耦合方法進行聯合仿真是可行的。SPH-FEM耦合的方法，吸收了FEM法計算效率高和SPH法模擬大變形能力強的優點，可以為大變形的材料仿真如切削等提供一種高效、準確的途徑。
展開 ANSYS與材料力學之軸向拉伸和壓縮（三）
對于該結構，
σ
max=10MPa
τ
max=5MPa
二、ANSYS解法：
下面，我們用ANSYS驗證一下材料力學解法的準確性。通過該例子，學習在ANSYS中怎么提取任意截面上的應力。
1.確定分析類型：根據例題所示結構，確定分析類型為靜力學分析；
2.通過對該結構進行分析，我們需要提取任意截面上的切應力和正應力，所以我們使用solid單元進行計算。
Step1：
在SCDM中創建平面模型。
首先，我們在SCDM中建立一個橫截面是邊長10mm的正方形，長度為100mm的長方體。建立完成以后，點擊菜單欄Workbench→ANSYS transfer→2020R1進入Workbench。
Step2：創建分析流程。
將Static Structural拖入Project Schematic，并與剛才導入的幾何建立聯系。雙擊Model進入Mechanical。
Step3：
創建局部坐標系。
我們想提取提取任意截面上的應力，必須先創建好截面，然后把結果映射在截面上。而截面的創建，是依靠坐標系的xy平面，所以在創建截面前，應先創建合適的局部坐標系。
展開 改進型緊湊拉伸試樣疲勞裂紋擴展分析-ANSYS Workbench ￥3
研究的主要目標是展示裂紋擴展路徑的數值模型，并研究孔洞對改進型緊湊拉伸試樣（MCTS）在恒定振幅載荷條件下疲勞裂紋擴展和疲勞壽命的影響。研究使用了ANSYS Mechanical (Workbench)軟件，利用ANSYS中的智能裂紋擴展技術來準確預測裂紋擴展路徑和相關的疲勞壽命。巴黎定律模型被用來評估不同配置的MCTS在線性彈性斷裂力學（LEFM）假設下的混合模式疲勞壽命。這種方法涉及準確評估應力強度因子（SIFs）、裂紋擴展路徑，并通過增量裂紋擴展分析進行疲勞壽命評估。疲勞裂紋擴展結果表明，疲勞裂紋總是被孔洞吸引，因此它要么只能彎曲其路徑并向孔洞擴展，要么只能在孔洞丟失后從孔洞處漂浮并進一步擴展。在混合模式載荷條件下的裂紋擴展軌跡方面，本研究的結果與文獻中發表的幾項裂紋擴展實驗結果相似，這些實驗觀察到了類似的結果。
3. : Setup
拖動Static Structural Analysis 到 ANSYS Workbench中:
4. : Engineering Data (Material Model)
o 選擇的材料為"SAE 1020 Carbon Steel".
展開 Ansys案例研究 | 單軸拉伸試驗應變測量
概述：
單軸拉伸試驗是了解大多數材料并獲取應力與應變關系的主要方法。可靠的拉伸數據對于組件設計至關重要。本案例展示了如何進行拉伸試驗并獲取應變圖。
目標：
觀察在施加漸進式位移載荷的單軸拉伸試樣中的應變。
步驟：
1、打開Ansys Workbench，創建一個“靜態結構”系統。
2、定義拉伸試驗樣品的材料屬性。本例中使用的是結構鋼。
3、導入模型，其外觀類似于圖 1 所示。
圖1 單軸拉伸試驗試樣
4、將材料分配給幾何體。
5、按照圖2所示，在試件上施加適當的約束條件。
圖2 樣品的邊界條件
6、按照圖2所示施加位移。
7、對模型進行網格劃分并運行仿真。繪制等效彈性應變(圖3)。
圖3 等效彈性應變圖
總結：
本案例說明了單軸拉伸試驗樣品中應變的測量方法。
如有疑問歡迎留言或私信！
展開 Fepg-Ansys三維靜力單軸拉伸對比
Z軸方向的位移
Fepg計算結果
Ansys計算結果
（2）計算時間比較
Fepg計算時間：138.74s
Ansys計算時間：267.48s
ANSYS與材料力學系列教程之軸向拉伸和壓縮（七）
通過計算結果，我們發現材料力學計算的結果為：F點位移1.618mm；ANSYS計算結果為：F點位移1.6181mm，結果基本一致。
總結：
1. ANSYS計算結果與材料力學計算結果基本一致。
2. 載荷作用在F點時，A點位移為1.618mm；載荷作用在A點時，F點位移為1.618mm。這是線性彈性體中普遍存在的關系，稱為位移互等定理。
彩
蛋
：
Stiff
Beam
剛性
梁
真的
剛性
嗎？
我們提取桿AB的變形，發現桿AB發生了彎曲，最大變形為11.5mm。我們不是已經把桿設置成剛性的了嗎？怎么還會有彎曲變形呢？
首先，我們要明白，ANSYS中是怎么定義剛性梁單元的。一般來說，ANSYS是通過
MPC184單元來模擬剛性梁。我們觀察Solution Information的Worksheet，發現求解過程中沒有MPC184單元，那我們設置了
Stiff
Beam，軟件又是怎么解決的呢？
我們打開ANSYS的幫助，發現了以下信息（下圖一）。大體意思是說：軟件通過使楊氏模量比工程數據中定義的高1e4倍來近似剛性梁。也就是說，軟件會自動定義一種剛度比較大的材料，賦予給Stiff Beam
。Stiff Beam不是完全剛性的，只是剛度比較大而已。我們將結構導入到A
NSYS經典環境，在材料參數中，我們發現了定義在AB桿上的材料，楊氏模量為2e9MPa，而我們定義的材料2-25楊氏模量為2e5MPa，確實相差1e4倍（下圖二）。
至此，本文結束。
展開 ANSYS與材料力學系列教程之軸向拉伸和壓縮（四）
上篇文章，我們主要學習了拉壓桿任意斜截面上的應力，并在使用ANSYS進行驗證的同時，學習了提取任意截面上的應力結果的方法。今天我們一起來學習第四節——拉（壓）桿的變形·胡克定律。
我們知道，胡克定律是力學彈性理論中的一條基本定律，它描述了固體材料受力以后，材料中的應力應變關系。下式為胡克定律的一種表達形式：
ε=σ/E
式中，E稱為彈性模量（Elastic Modulus），是材料的一項重要彈性參數，數值因材料而異，表征材料抵抗彈性變形的能力。英國科學家Thomas Young曾研究了桿的彈性性能，所以之后彈性模量有時也稱為楊氏模量（Young's Modulus），在ANSYS中的材料屬性中，也是以Young's Modulus命名。
除彈性模量外，材料還有一個非常重要的彈性參數——泊松比（Poisson's ratio）。泊松比又稱橫向變形系數，常用字母ν表示。它定義為：在材料的比例極限內，橫向線應變與縱向線應變的絕對值的比值。泊松比由法國科學家泊松（Simon Denis Poisson,1781-1840） 最先發現并提出。
此外，材料還有兩項彈性參數：
體積模量（Bulk modulus）和
切變模量（Shear modulus）。其中，體積模量K=E/3(1-2ν)（這也是泊松比ν不能大于0.5的原因），切變模量G=E/2(1+ν)，均可以用楊氏模量E和泊松比ν表示，所以我們把楊氏模量E和泊松比ν定為彈性材料的基本參數。如果做線彈性靜力學分析，且不考慮重力作用的話，定義了這兩個參數，就基本可以進行計算了。下圖為WB中定義的線彈性材料，我們輸入楊氏模量和泊松比之后，體積模量和切變模量會自動計算出來。
展開 ANSYS與材料力學系列教程之軸向拉伸和壓縮（五）
根據推導出的應變能計算公式，該結構中總的應變能為：
Vε=2*(FN^2*L)/2EA=
64.67J
根據彈性體的功能原理，載荷P做的功數值上等于結構總的應變能，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結果基礎上，提取一個應變能結果。
Step1：求解設置。
提取應變能結果，需要打開Beam Section Results，方法是：點擊Solution，在Details of Solution的Post Processing中，將Beam Section Results設置為Yes。
Step2：提取應變能結果。
選擇Results→Energy→Strain Energy，然后右擊Solution（A6），選擇Eevaluate All Results，提取結果。計算結果如下圖二。
結論：
①材料力學方法計算的總應變能為64.74J，ANSYS計算的總應變能結果為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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