ansys應力集中的案例
基于ANSYS的應力集中分析(個人原創，轉載請注明出處，謝謝！技術鄰ID有限元中解人生) ￥2
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。
展開 ANSYS分析VS理論解 | 梁分別受集中力、集中力偶和均布載荷作用的應力和變形
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 應力集中問題與ANSYS驗證
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 Ansys workbench應力集中位置的靜強度評估對比
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 
一文帶你搞懂應力集中 附應力集中系數手冊下載
來源：結構工程師之家
hello，今天我們來聊一聊結構設計設計中常見的問題，應力集中。大家在日常生活中經常購買產品的包裝帶就用到了應力集中這個點。包裝袋上的小口、邊緣做成鋸齒狀等。
由于某種用途，在構件上需要開孔、溝槽、缺口、臺階等，在這些部位附近，因截面的急劇變化，將產生局部的高應力，其應力峰值遠大于由基本公式算得的應力值。這種現象稱為應力集中，引起應力集中的孔、溝槽、缺口、臺階等幾何體稱為應力集中因素。
因孔、溝槽、缺口、臺階等附近存在應力集中，從而，削弱了構件的強度，降低了構件的承載能力。應力集中處往往是構件破壞的起始點，應力集中是引起構件破壞的主要因素。應力集中現象普遍存在于各種構件中，大部分構件的破壞事故是由應力集中引起的。因此，為了確保構件的安全使用，提高產品的質量和經濟效益，必須科學地處理構件的應力集中問題。
1 產生應力集中的原因
構件中產生應力集中的原因主要有：
(1) 截面的急劇變化。如：構件中的油孔、鍵槽、缺口、臺階等。
(2) 受集中力作用。如：齒輪輪齒之間的接觸點，火車車輪與鋼軌的接觸點等。
(3) 材料本身的不連續性。如材料中的夾雜、氣孔等。
(4) 構件中由于裝配、焊接、冷加工、磨削等而產生的裂紋。
(5) 構件在制造或裝配過程中，由于強拉伸、冷加工、熱處理、焊接等而引起的殘余應力。這些殘余應力疊加上工作應力后，有可能出現較大的應力集中。
(6) 構件在加工或運輸中的意外碰傷和刮痕。
展開 ANSYS預應力鋼筋與混凝土耦合造成應力集中的一種解決方法
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 【abaqus】個人筆記—應力奇異&應力平均&應力集中
【abaqus】個人筆記—應力奇異&應力平均&應力集中
應力集中=應力奇異點?
應力奇異點
應力奇異點基本上出現在應力理論上“無限大”的地方，比如常見的集中載荷區域。當把載荷作用于一個點（沒有面積）時，應力無限大（力除以零面積）。當然還有其他的例子，比如：
邊界條件應用到一個點（點支撐）
“內部”的尖銳角
銳角觸點
注意此處并不是指應力集中：具有一個“有限大小的解”，在應力集中問題中，細化網格后總會得到一個收斂的結果。而壓力奇異點，其是“應力集中的卑鄙且丑陋的姐妹”。不管你的網格多么精細，總會存在越來越高的應力！
應力奇異點如何求解
在尖銳的角問題中，很難解釋這個問題。在此將使用一個集中載荷的實例加以解釋。
或許聽說過：FE單元不存在！單元或多或少的“描述”節點的連接方式（伴隨著方程式）。繪制單元是很方便，但實際上，求解器將節點看作連接在一起。想象一下：網格由被彈簧連接的節點組成！
在這里這很重要!因為，當您將負載應用到一個節點時，您實際上并沒有加載一個“點”。相反，您在該節點周圍加載了“空間”。由于您的模型中有節點和空間，因此結果將有點棘手。您看到的將會或多或少的是分配到最近節點值的平均值。簡單地說，您正在加載一個節點以及共享這個節點的每個單元的中的一“部分”。
現在事情變得簡單了。如果單元是“大”，則”分配”到節點的區域也相當大。你應有一個力除以這個“區域”在后處理中顯示的壓力。畢竟，你會經常在實際中看到一個“無限大”的模型？
只有一個步驟來理解這個問題！如果令單元更小，則“分配”到加載節點的區域也將更小。由于力是恒定的，網格細化”分配”的面積減小，壓力越來越大。它將永遠不會收斂！網格越細化，壓力就越高！
有趣的事實：如果一個重量為60kg的女性站立在一個高跟鞋（0.5×0.5cm的面積）上，則應力是24MPa。
展開 應力奇異點，不是應力集中
應力奇異點
應力奇異點基本上出現在應力理論上“無限大”的地方，比如常見的集中載荷區域。當把載荷作用于一個點（沒有面積）時，應力無限大（力除以零面積）。當然還有其他的例子，比如：
邊界條件應用到一個點（點支撐）
“內部”的尖銳角
銳角觸點
注意此處并不是指應力集中：具有一個“有限大小的解”，在應力集中問題中，細化網格后總會得到一個收斂的結果。而壓力奇異點，其是“應力集中的卑鄙且丑陋的姐妹”。不管你的網格多么精細，總會存在越來越高的應力！
應力奇異點如何求解
在尖銳的角問題中，很難解釋這個問題。在此將使用一個集中載荷的實例加以解釋。
或許聽說過：FE單元不存在！單元或多或少的“描述”節點的連接方式（伴隨著方程式）。繪制單元是很方便，但實際上，求解器將節點看作連接在一起。想象一下：網格由被彈簧連接的節點組成！
在這里這很重要!因為，當您將負載應用到一個節點時，您實際上并沒有加載一個“點”。相反，您在該節點周圍加載了“空間”。由于您的模型中有節點和空間，因此結果將有點棘手。您看到的將會或多或少的是分配到最近節點值的平均值。簡單地說，您正在加載一個節點以及共享這個節點的每個單元的中的一“部分”。
現在事情變得簡單了。如果單元是“大”，則”分配”到節點的區域也相當大。你應有一個力除以這個“區域”在后處理中顯示的壓力。畢竟，你會經常在實際中看到一個“無限大”的模型？
只有一個步驟來理解這個問題！如果令單元更小，則“分配”到加載節點的區域也將更小。由于力是恒定的，網格細化”分配”的面積減小，壓力越來越大。它將永遠不會收斂！網格越細化，壓力就越高！
有趣的事實：如果一個重量為60kg的女性站立在一個高跟鞋（0.5×0.5cm的面積）上，則應力是24MPa。足以粉碎混凝土表面（至少是中等和較弱的表面），據我們所知，這并不是真的發生！
展開 關于應力集中與應力奇異的思考與案例展示 ￥3
了解我們有限元理論基礎的都應該清楚，現有的結構有限元軟件大多是通過剛度法進行求解的，也就是將結構模型離散后，生成結構整體的剛度矩陣后，結合邊界條件，通過F=kd,求解節點的位移值，最后基于高斯積分求解單元內部的應力應變值等結果。
基于這種原理最直接的影響就是，我們的位移（也就是變形結果）隨著網格加密的變化很小，而應力隨著網格加密的變化很大，特別是有幾何和尺寸突變的結構，往往會產生應力奇異，這個時候以應力值作為網格無關性的驗證標準，不僅得不到合適的網格尺寸結果，因為應力值隨著網格加密劇烈變化，所以會浪費大量的時間，甚至陷入誤區，得到錯誤的結果。 那么，如何解決呢？下面用一個案例向大家展示。
（文末有模型文件供下載）
展開 abaqus模擬圓孔結構中應力集中分析 ￥19.89
桿件的一端受到y軸負向的集中力 2KN，其 大小隨時間變化 。</p><p class="ql-align-justify">2. 支架的自由端在局部區域受到均布切力36MPa。</p><p class="ql-align-justify"><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202502/attachment/04c26be642ab48479290e970fffe2d8c.png" style="display: inline-block;">
<img src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/04c26be642ab48479290e970fffe2d8c.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/04c26be642ab48479290e970fffe2d8c.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/04c26be642ab48479290e970fffe2d8c.png?
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應力集中部位與淬火裂紋
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應力集中部位與淬火裂紋
所謂應力集中部位（stress raiser）就是淬火應力容易集中的部位。零件的表面粗糙度（例如刀紋）及切槽（notch）同淬火裂紋有很大關系。零件上尖銳的凸凹部位和打標記的痕跡都易使應力集中，從而誘發淬火裂紋。因此淬火零件的表面不容許有應力集中的部位。包括不要有刀紋，不要打標記，要把尖銳的梭角做成圓弧形，研究這些措施是很重要的。使粗刀紋達到銼刀加工那樣的平滑程度也是必要的。但像拋光加工那樣的鏡面反而淬不硬。表面多少帶點粗糙的零件,在淬火時淬火液的蒸汽膜不附著在它的上面，所以能順利地淬硬。
展開 應力集中系數手冊下載
表2-1列出了不同試樣的應力集中系數。
圖：
為常見典型結構的應力集中曲線，詳細的數據可查閱相關應力集中系數手冊。
在機械零件發生疲勞破壞時，若對一個缺口零件考慮應力集中時，則缺口零件的疲勞強度應按應力集中系數的倍率降低。但實驗表明這樣處理有些過于保守。因此，工程中一般采用有效應力集中 系數，即
K
f的大小與材料的缺口敏感程度及缺口根部情況有關。
有時在零件的一種應力集中源上又疊加了另一種形式的應力集中源，如在缺口上刻有劃痕，此時的應力集中程度應用復合理論應力集中系數K
f復合來表示，即
下載地址：應力集中系數手冊下載
展開 應力集中問題的考察-有孔零件的情況
算例如下，一帶孔板件，左邊固定，右邊施加1MPa的均布拉力，現在考察小孔處的應力。
（1）單元尺寸5mm,得到的有限元模型如下
應力云圖如下
可見，在孔的周圍已經出現了應力集中。按照彈性力學理論，最大應力應該出現在孔的上下邊沿，此時因為網格很粗，最大應力是在該孔的其它地方出現的。
（2）單元尺寸2mm,得到的有限元模型如下
應力云圖如下
可見，孔的上下邊沿應力最大，為2.79MPa.
（3）單元尺寸1mm,得到的有限元模型如下
應力云圖如下
可見，應力上升到3.16MPa.
（4）單元尺寸1mm,孔周圍第一次局部加密，得到的有限元模型如下
應力云圖如下
可見，應力上升到3.37MPa.
（5）單元尺寸2mm,孔周圍第二次局部加密，得到的孔周圍有限元模型如下
應力云圖如下
可見，在遠離孔處，應力已經均勻分布，這意味著網格劃分已經大致合適。應力上升到3.41MPa.
（6）單元尺寸2mm,孔周圍第三次局部加密，得到的有限元模型如下
應力云圖如下
可見，應力上升到3.42MPa.結果已經收斂。
· 對于有孔的零件，通過不斷加密網格，有限元分析軟件可以得到收斂的結果。
· 如果結構中存在孔洞，在有限元分析前不要隨便簡化這些小結構，除非我們堅信這些地方并非危險處。
展開 復合材料靜力拉伸應力集中問題
最近在做一個復合材料層合板靜力拉伸試驗 用abaqus仿真 但是接近加載區域的復合材料會提前剪切破壞 應該是我邊界和約束設置的不太好 有沒有大佬指導一下！！
