ANSYS最大切應力理論
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ANSYS最大切應力理論的視頻教程
復合型裂紋擴展角度（最大周向應力準則MTS）理論講解，驗證及與FRANC3D（abaqus）對比
本課程講述了復合型裂紋擴展角度（最大周向應力準則MTS）理論講解，驗證及與FRANC3D（abaqus）對比。首先講解MTS的理論知識，然后做一個純2型裂紋擴展的例子（abaqus與franc3d聯合仿真），同時用matlab進行公式編程，進行理論與有限元結果的對比。然后講解復合型裂紋擴展的例子（abaqus與franc3d聯合仿真），同時用matlab進行公式編程，進行理論與有限元結果的對比。
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ANSYS最大切應力理論的實例教程
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ansys Workbench 靜應力模塊，利用生死單元技術結合APDL命令，模擬轉軸最大扭力
示例：要求計算轉軸所能承受的最大扭轉力矩，轉軸抗拉強度1230MPa
模型如下： 中間最細位置R=3
Workbench計算時，左側固定。右側面施加圓轉位移。
效果展示
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操作過程：
首先，初步計算轉軸旋轉多少會接近許用最大值1000Mpa。確定初始載荷大小。
當加載1° ——0.0174 弧度 ，時 轉軸約945Mpa。
其次，利用APDL命令分載荷步逐步增大轉角載荷，并在每個載荷步中進入后處理中查看是否有單元應力超過許用值1000Mpa。當有單元超過許用值時記錄該單元，在下一步載荷過程中將該單元抑制。繼續加載直到循環結束。
1.創建加載點——remotePoint
在Pilot Node APDL Name 中定義名稱：后期將在插入的APDL命令中使用該名稱，更改載荷大小。
創建單元組——Name Selection
在每個載荷步的后處理中需要篩選單元結果，查看是否超過許用應力。為了縮小查詢范圍可以先根據經驗判斷危險截面位置，將危險截面附近的單元定義為一個組。在后期結果查看時，僅在該組內查找單元應力。從而提高計算效率。
注意：選著的是單元組，可以使用框選功能。
在Analysis setting 中插入Command 命令
插入命令如下所示，同時注意單位制的選著，本例使用mm kg N。 命令見附錄
命令中包含有三種 應力評估方法，一:剪應力失效。二：等效應力失效。三：第一主應力失效。應根據實際工況條，結合零部件失效模式，自主選著。
!!!!!1.使用剪切應力判斷是否失效*********************
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展開 <p>在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/qa/3655" rel="noopener noreferrer" target="_blank">ANSYS結構</a>動力分析時，時程分析（瞬態分析）的后處理經常想要提取全時程結構響應的最大值及對應的時間步。在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" rel="noopener noreferrer" target="_blank">ANSYS</a>中，由于載荷激勵時間步較多（例如持時30s，時間步長0.01s），則結構在全時程地震激勵下的最大響應較難確定。本文設計一種方法，步驟如下：</p><p>（1）利用*DO循環語句，先由*GET命令得到每一時間步結構的最大響應；</p><p>（2）通過*IF語句對各時間步下的最大響應值進行對比，從而得到全時程所有時間步中最大的響應值及其所對應的時間步。</p><p>算例：對于塑形較強的實體結構，分析時通常采用von Mises stress進行安全評估。</p><p>以某結構為例，對其全時程von Mises stress進行提取，過程如視頻所示。
展開 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 (4) 查看各單元應力：
①定義軸向應力單元表：Main
Menu >General Postproc >Element Table>Define
Table，→Lab：輸入Stress_I →Item：選擇By sequence num →Comb：選擇LS，在LS后面輸入“1”→OK
→Apply →Lab：輸入Stress_J →Item：選擇By sequence num →Comb：選擇LS，在LS后面輸入“2”→OK
→Close。
③軸力列表顯示：Main Menu >General Postproc >Element Table>List Element Table→選擇FN→OK→記錄各個單元的軸力→File →Close。
④畫軸力圖：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Line Elem Res(見圖1.5)→LabI選擇Stress_I，LabJ選擇Stress_J→OK。
5．退出ANSYS軟件
Utility Menu >File >Exit →Quit-No Save →OK
來源：ANSYS學習與應用公眾號，版權歸作者所有。
展開 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= 200 GPa，泊松比u = 0.3。分別受三種載荷作用：（1）受集中力F =100 N；（2）集中力偶Me= 20 N·m；（3）受均布載荷q =500 N/m。計算梁的約束反力、內力（剪力和彎矩）、應力（切應力和正應力）和變形（轉角和撓度）。
二、理論計算
參考教材：劉鴻文. 材料力學(第5版) [M]. 北京: 高等教育出版社, 2011: 110-209.
三、GUI步驟
1．進入ANSYS
程序→ ANSYS → ANSYS Product Launcher → 改變working directory到指定文件夾→ 在job name輸入：file → Run。
2．定義工作文件名及工作標題
(1)定義工作文件名：UtilityMenu > File > Change Jobname → Change Jobname → 輸入文件名file→ OK。可不用輸入，默認為file。
(2)定義工作標題：UtilityMenu > File > Change Title → Change Title → 輸入Beam→ OK。可不用輸入。
3．定義單元屬性
(1)定義單元類型：
①指定BEAM188單元：MainMenu >Preprocessor >Element Type >Add/Edit/Delete→Add→在左列表框中選擇Beam，在右列表框中選擇2node 188 →OK。
展開 
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ANSYS最大切應力理論的最新內容
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
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ansys Workbench 靜應力模塊，利用生死單元技術結合APDL命令，模擬轉軸最大扭力
示例：要求計算轉軸所能承受的最大扭轉力矩，轉軸抗拉強度1230MPa
模型如下： 中間最細位置R=3
Workbench計算時，左側固定。右側面施加圓轉位移。
效果展示
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操作過程：
首先，初步計算轉軸旋轉多少會接近許用最大值1000Mpa。確定初始載荷大小。
當加載
<p>在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/qa/3655" rel="noopener noreferrer" target="_blank">ANSYS結構</a>動力分析時，時程分析（瞬態分析）的后處理經常想要提取全時程結構響應的最大值及對應的時間步。在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" rel="noopener
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
