ansys應力強度理論
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys應力強度理論的實例教程
材料力學中詳細列出了四種強度理論, 那么在workbench中如何將四種強度理論對應展示出來呢?
在ansys workbench中結果提供了默認的幾種應力結果，參考前面的文章，其實在結果中還可以插入自定義的結果來表達應力，因為所有的應力都是由三個方向的正應力和三個方向的切應力組成的，那么就可以通過自己編輯表達式的方法來加載了，可以分別提取四種強度理論對應的應力了，具體參考方法如下圖所示
在結果中insert/user defined result/Expression中填寫對應的強度理論表達式
1. 第一強度理論（最大拉應力理論）
核心思想：材料破壞由最大拉應力引起，當構件內某點的最大拉應力達到單向拉伸的極限應力（如屈服強度 σ?或強度極限 σ?）時，材料發生破壞。
等效應力 σ? = max (σ?)
（σ?為第一主應力，只考慮拉應力，壓應力不參與破壞判斷）
適用場景：脆性材料（如鑄鐵、玻璃）的拉伸破壞，不適用塑性材料。
ANSYS 中表達式：S1（或者默認的maximum principal stress）
2. 第二強度理論（最大伸長線應變理論）
核心思想：材料破壞由最大伸長線應變引起，當構件內某點的最大伸長線應變達到單向拉伸的極限應變時，材料發生破壞。
等效應力 σ? = σ? - μ(σ? + σ?)
σ?、σ?、σ?為主應力，μ 為泊松比
適用場景：脆性材料在單向壓縮或受約束的拉伸情況下（如混凝土受壓、巖石受圍壓），實際應用較少。
ANSYS 中表達式：s1-0.3*(s2+s3)
3.
展開 01 應力張量
02 斜截面應力
03 主應力（特征值）
主應力滿足方程：
求解行列式，可得三個主應力：
展開行列式：
04 八面體應力
八面體總應力：
八面體正應力：
八面體切應力：
05 主應力空間
06 Tresa強度準則&Mises強度準則
07 莫爾-庫侖強度準則
08 Drucker-Prager強度準則
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 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 但是curtain在這里想提個忠告，那就是在用ansys算斷裂問題之前，首先要問一下自己到底有沒有讀一本斷裂力學的書，做一做習題。因為ansys本身提供的求解斷裂問題的手段有限，比如對動態斷裂，對裂紋擴展，以及塑性斷裂都沒有提供計算辦法，所以肯定需要自己去編公式編程序（尤其可以其apdl語言）。
應力強度因子是屬于線彈性階段內的，它
適用于脆性材料(如玻璃、陶瓷、巖石和冰)的斷裂和高強度鋼之類的脆性斷裂，此時的裂紋裂紋尖端無塑性變形或無明顯的塑性變形，甚本屬于彈性應力的情況。但對于多數金屬材料而言，裂紋在擴展前，在裂紋端部將有一個塑性區，當此塑性區尺寸很小，即遠小于裂紋尺寸時，此類斷裂稱為小范圍屈服斷裂，用考慮小范圍屈服的塑性修正斷裂準則來討論其斷裂問題，線彈性斷裂力學仍有足夠的精度，居于線彈性斷裂力學納范疇。這種情況可用應力強度因子K進行擴展判據或考慮小范圍屈服修正的斷裂判據來討論其脆斷問題。但在工程中還經常遇到另一類斷裂問題，即所謂大范圍屈服斷裂與全面屈服斷裂問題。例如由中、低強度鋼制成的構件，由于其韌度較高(除了低溫、厚截面或高應變速率情況外)，裂紋在擴展前，其端部的塑性區尺寸已接近甚至超過裂紋尺寸，這類斷裂即屬于大范圍屈服斷裂問題。另外如壓力容器上的接管部位，由于存在很高的局部應力與焊接殘余應力。致使這一地區的材料處于全面屈服狀態，在這種高應變的塑性區中，較小的裂紋也可能擴展而引起斷裂，這類問題屬于全面屈服斷裂問題。大范圍屈服斷裂與全面屈服斷裂均屬于彈塑性斷裂力學范疇，解決彈塑性斷裂問題是彈理性斷裂力學的任務。此時在大范圍屈服條件下能夠定量的裂紋尖端區域彈塑性應力應變場強度的參量并可通過試驗測定并應用于工程的判據主要有COD理論及J積分理論。
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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
材料力學中詳細列出了四種強度理論, 那么在workbench中如何將四種強度理論對應展示出來呢?
在ansys workbench中結果提供了默認的幾種應力結果，參考前面的文章，其實在結果中還可以插入自定義的結果來表達應力，因為所有的應力都是由三個方向的正應力和三個方向的切應力組成的，那么就可以通過自己編輯表達式的方法來加載了，可以分別提取四種強度理論對應的應力了
本文采用有限元分析法對煤氣水分離器進行了詳盡的應力分析，并按照JB4732-1995《鋼制壓力容器—分析設計標準》（2005確認）進行強度評定。
01 應力張量
02 斜截面應力
03 主應力（特征值）
主應力滿足方程：
求解行列式，可得三個主應力：
展開行列式：
04 八面體應力
八面體總應力：
八面體正應力：
八面體切應力：
05 主應力空間
一簡單托架。BC桿的橫截面為圓，直徑d= 20 mm，橫截面積A1= 314 mm2。BD桿為8號槽鋼，橫截面積A2= 1020 mm2。外載荷F= 60 kN，E= 200 GPa。求BC桿和BD桿的內力、應力和B點的位移。
二、理論計算
三、GUI求解步驟
1．定義單元類型和材料屬性
(1)定義單元類型：Main
Menu >Preprocessor >Element Type
受彎曲變形，用梁單元BEAM188建模分析。梁單元的單元屬性有單元類型、截面屬性和材料屬性。掌握施加位移約束和載荷的方法，特別是均布載荷的施加。熟練進行后處理，包括約束反力、內力、應力和變形，特別是剪力圖和彎矩圖與材料力學的對比，切應力和正應力云圖的提取方法。
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
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。
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編輯人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
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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
