ansys螺栓應力集中
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys螺栓應力集中的視頻教程
ANSYS workbench復現開孔平板應力集中現象并進行尺寸優化設計
本課程主要包括以下方面： 01 背景介紹 02 相關資料介紹 03 ABAQUS 有限元方法復現 04 有限元方法優化設計Workbench 參數優化 05 總結 購買課程后可下載課件。
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ansys螺栓應力集中的實例教程
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 在工程上，應力集中的程度用局部最大應力σmax與該截面上的名義應力σnom的比值來表示，即
Ktσ=σmax/σnom
Ktσ稱為理論應力集中系數。下面，我們將通過一個典型應力集中問題——帶孔平板，使用ANSYS軟件求出最大應力和應力分布圖，并與彈性理論計算的結果進行比較：
根據彈性力學知識，孔邊環向正應力的大小是無孔時的3倍，隨著遠離孔邊而極速趨近于q。
ANSYS求解：
Step1：在SCDM中創建平面模型。
由于我們使用平面應力模型計算，所以建模時必須要將橫截面建立在xy平面上。建立一個邊長為20mm×10mm的平面模型，中間孔的直徑為2mm。我們將模型分為四部分，方便在每部分的邊界上設置Path，從而繪制應力曲線。由于該模型同時關于X軸和Y軸對稱，我們也可以使用四分之一模型建模。此處筆者使用完整模型。建立完成以后，使用share命令共享拓撲，然后點擊菜單欄Workbench→ANSYS transfer→2020R1進入Workbench。
Step2：設置分析類型（2D）。
在Project Schematic中的空白處點擊右鍵，選擇Properties，打開Properties of Project Schematic。單擊項目中的A3（Geometry）欄，在Propertiesof Project Schematic A3: Geometry中將AnalysisType切換為2D。（若Analysis Type為3D，則導入平面幾何后軟件將使用殼單元計算。）
展開 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 問題描述
用ANSYS計算預應力混凝土非線性有限元問題時，混凝土采用三維Solid單元，預應力鋼筋采用線性的Link單元。常規做法是分別建模，用耦合的方法使鋼筋和混凝土單元協調工作。
于是，問題出現了，當二維單元和三維單元進行耦合的時候，在耦合點處“天然出現應力集中現象”，而且應力集中對整體有限元計算精度的影響隨著單元尺度劃分的不同而不同。
作者還提供的對比計算結果如下：
原因分析
1.沿梁縱向，恰好也是鋼筋線性單元的布置方向，所以此方向上的應力和跨中撓度受單元劃分尺度影響很小；
2.沿梁豎向，曲線預應力有豎彎構造時，單元劃分尺度對豎向應力影響較大；
3.沿梁橫向，曲線預應力有橫彎構造時，單元劃分尺度對豎向應力影響較大；
4.當曲線預應力鋼筋的彎折半徑較小時，彎折區域應力集中可能會對計算結果有較大影響。
解決方案
作者提出了一個解決方案：用三維Solid單元代替二維單元模擬預應力鋼筋。并且通過對比計算得出以下結論：
1.沿跨度縱向方向”當單元劃分尺度適宜時”單元劃分尺度變化對于特征應力影響微乎其微；
2.沿截面豎向方向”單元劃分尺度變化時”其應力相對變化率約在5%以內；
3.沿截面橫向方向”單元劃分尺度變化時”其應力相對變化率約在10%以內，當單元劃分尺度選取適宜時”其應力相對變化率可控制在
5%左右。
至此，耦合產生的應力集中問題基本解決。
展開 基于ANSYS的應力集中分析
靜力分析概述
靜力分析計算結構在固定不變載荷下的響應。靜力分析不考慮結構的慣性和阻尼的影響，但是靜力分析可以計算那些固定不變的慣性載荷對結構的影響（例如重力和離心力），以及那些可以近似等價為靜力作用的隨時間變化的載荷（例如在很多建筑規范中所定義的等價靜力風載荷和地震載荷）。
靜力分析用于計算由不包括慣性和阻尼效應的載荷作用于結構或部件上引起的位移、應力、應變和反力等。固定不變的載荷和響應是一種理想的假設，即假定載荷和結構的響應隨時間的變化非常緩慢。靜力分析所處理的載荷通常包括：
（1）外部施加的作用力（集中力、分布力和體積力等）；
（2）穩定的慣性力（重力和離心力等）；
（3）強迫位移；
（4）溫度載荷（對于溫度應變）；
（5）能流載荷（對于核能膨脹）；
靜力分析可以是線性的也可以是非線性的。非線性靜力分析包括所有類型的非線性：大變形、彈塑性、蠕變、應力剛化、接觸等，這些將在高級篇中分別講述。本章只涉及線性情況，即小變形，材料是線彈性的。
靜力分析的一般步驟通常如下。
（1）建模。首先用戶應該指定工作目錄、文件名和分析標題，然后在前處理中定義模型幾何元素、單元類型、實常數、材料參數等。這些步驟對大多數ANSYS分析類型是一致的。前處理中需要注意以下問題。
① 可以應用線性或非線性結構單元。
② 材料特性可以是線性或非線性、各向同性或正交各向同性、常數或與溫度相關的。
必須按某種形式定義剛度（如彈性模量EX、超彈性系數等）。
對于慣性載荷（如重力、離心力等），必須定義質量計算所需的數據，如密度DENS等。
對于溫度載荷，必須定義熱膨脹系數ALPX。
③ 對于網格密度，要記住以下兩點。
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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
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應力集中是每個工程設計人員都很頭疼的事，因為由應力集中產生的局部應力驟增可能引發整個結構的破壞。1954年1月10日，一架英國海外航空公司（BOAC）的“彗星”1型客機（航班編號781號）從意大利羅馬起飛飛往目的地英國倫敦。飛機起飛后26分鐘，機身在空中解體，墜入地中海。機上所有乘客和機組人員全部遇難。這次事故震驚了全世界
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的應力集中分析
靜力分析概述
靜力分析計算結構在固定不變載荷下的響應。靜力分析不考慮結構的慣性和阻尼的影響，但是靜力分析可以計算那些固定不變的慣性載荷對結構的影響（例如重力和離心力），以及那些可以近似等價為靜力作用的隨時間變化的載荷（例如在很多建筑規范中所定義的等價靜力風載荷和地震載荷）。
靜力分析用于計算由不包括慣性和阻尼效應的載荷作用于結構或部件上引起的位移、應力、應變和反力等
最近看文獻，偶然看到了長沙大學黃文雄的一篇文章《混凝土結構有限元分析中預應力筋模擬的新思考》，挺有意思，在此拆解分享，點擊上面的文章標題可以去CNKI下載(沒有數據庫支持的朋友可以給我發郵件)。
問題描述
用ANSYS計算預應力混凝土非線性有限元問題時，混凝土采用三維Solid單元，預應力鋼筋采用線性的Link單元。常規做法是分別建模，用耦合的方法使鋼筋和混凝土單元協調工作。
