ANSYS軸向拉伸實驗
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-08
ANSYS軸向拉伸實驗的實例教程
通過計算結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)材料力學計算的結(jié)果為：F點位移1.618mm；ANSYS計算結(jié)果為：F點位移1.6181mm，結(jié)果基本一致。
總結(jié)：
1. ANSYS計算結(jié)果與材料力學計算結(jié)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(xiàn)點位移為1.618mm。這是線性彈性體中普遍存在的關(guān)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(fā)現(xiàn)桿AB發(fā)生了彎曲，最大變形為11.5mm。我們不是已經(jīng)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)導入到A
NSYS經(jīng)典環(huán)境，在材料參數(shù)中，我們發(fā)現(xiàn)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(jié)束。
展開 結(jié)論：
①材料力學方法計算結(jié)果為1.2934mm，ANSYS計算結(jié)果為1.2945mm，結(jié)果基本一致。但材料力學計算方法使用小變形假設，在作圖求位移時，也進行了一定的簡化計算，所以ANSYS的計算結(jié)果應較為準確。
②材料力學中小變形假設，計算誤差在可接受范圍以內(nèi)，但計算效率卻得到了很大的提高。
③該題還可使用彈性體的功能原理進行方便快捷的計算，ANSYS也可計算結(jié)構(gòu)中的應變能，該方法將在下一篇文章中為大家講解。
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對于該結(jié)構(gòu)，
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(jù)例題所示結(jié)構(gòu)，確定分析類型為靜力學分析；
2.通過對該結(jié)構(gòu)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(chuàng)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(chuàng)建分析流程。
將Static Structural拖入Project Schematic，并與剛才導入的幾何建立聯(lián)系。雙擊Model進入Mechanical。
Step3：
創(chuàng)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(chuàng)建好截面，然后把結(jié)果映射在截面上。而截面的創(chuàng)建，是依靠坐標系的xy平面，所以在創(chuàng)建截面前，應先創(chuàng)建合適的局部坐標系。
展開 根據(jù)推導出的應變能計算公式，該結(jié)構(gòu)中總的應變能為：
Vε=2*(FN^2*L)/2EA=
64.67J
根據(jù)彈性體的功能原理，載荷P做的功數(shù)值上等于結(jié)構(gòu)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(jié)果基礎上，提取一個應變能結(jié)果。
Step1：求解設置。
提取應變能結(jié)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(jié)果。
選擇Results→Energy→Strain Energy，然后右擊Solution（A6），選擇Eevaluate All Results，提取結(jié)果。計算結(jié)果如下圖二。
結(jié)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(jié)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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展開 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(jīng)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(jīng)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。
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上篇文章我們主要講了應力集中的一些知識，并用ANSYS做了一個簡單的實例，與理論結(jié)果進行了對比。今天，我們通過材料力學中的一個習題，幫助讀者回顧下之前學過的知識。習題如下：
下面我們進行求解：
一、材料力學方法：
該題的整體思路為：
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上篇文章，我們根據(jù)例題2-5，討論了通過軸力和變形，利用幾何關(guān)系，求出結(jié)點A的位移，計算結(jié)果和ANSYS計算的結(jié)果相差無幾。除此方法外，我們還可以用彈性體的功能原理來求解該題。
能量守恒定律我們中學就已經(jīng)學習過，能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其它物體，而能量的總量保持不變
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(jié)果的方法。今天我們一起來學習第四節(jié)——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(guān)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
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上篇文章我們主要研究了橫截面上的正應力。對于拉（壓）桿而言，橫截面上的應力可以用外力除以橫截面積計算。今天，我們將一起研究與橫截面成α角的任一斜截面k-k上的應力。假設該桿的橫截面為邊長10mm的正方形，長度為100mm，外力F=1000N。研究結(jié)構(gòu)如下圖：
一、材料力學解法
