ansys開裂應(yīng)力的案例
【讓隱形應(yīng)力無所遁形—1】注塑件總是莫名翹曲、開裂？元兇可能就是它——看不見的“內(nèi)應(yīng)力”
產(chǎn)品無緣無故變形、使用中突然開裂、光學(xué)性能不達(dá)標(biāo)……
也許，一個共同的“隱形殺手”就藏在你的產(chǎn)品內(nèi)部。
在注塑車間里，最令人頭疼的不是機器轟鳴，而是那些反復(fù)出現(xiàn)卻又找不到根源的質(zhì)量問題：
產(chǎn)品剛脫模或放置一段時間后，就發(fā)生翹曲、變形，導(dǎo)致裝配困難或直接報廢。
制品在后續(xù)使用或組裝時，莫名出現(xiàn)脆裂、開裂，引發(fā)客戶投訴與質(zhì)量索賠。
對于透鏡、導(dǎo)光條等光學(xué)部件，無論如何優(yōu)化設(shè)計，總會出現(xiàn)畸變、雜散光，良率難以提升。
在進行噴涂、電鍍等二次加工時，涂層出現(xiàn)不均勻、起皺甚至剝離。
這些看似不同的問題，其根源往往指向同一個內(nèi)部因素——塑料制品內(nèi)部的殘留應(yīng)力。它是在注塑成型過程中，由于不均勻的冷卻、收縮、分子取向等因素“凍結(jié)”在產(chǎn)品內(nèi)部的內(nèi)部力量。
這種應(yīng)力肉眼無法看見，傳統(tǒng)檢測往往只能等到問題最終爆發(fā)（開裂、變形）后才能事后分析，導(dǎo)致調(diào)試周期長、廢品率高、質(zhì)量風(fēng)險大。
那么，有沒有一種方法，能讓這種隱形的“內(nèi)傷”實時、直觀地呈現(xiàn)出來，從根源上預(yù)防這些問題呢？
關(guān)注我們，下期我們將為您揭秘：如何像擁有“火眼金睛”一樣，一鍵看清塑料內(nèi)部的力量分布圖。鎖定我們，讓質(zhì)量控制從“猜”變“看”。
展開 ABS注塑件總是應(yīng)力開裂？
誘發(fā)應(yīng)力的形成原因很多,諸如塑料熔體或注塑件內(nèi)部溫差或收縮不均勻引起的內(nèi)力;制件脫模時因為模腔壓力和外界壓力的差值所引起的內(nèi)力;
塑料熔體因為流動取向引起的內(nèi)力等。顯然,誘發(fā)應(yīng)力一般都無法與外力平衡,并且很容易保留在冷卻后的制件內(nèi)部,成為殘余應(yīng)力,從而對制件質(zhì)量產(chǎn)生影響。外應(yīng)力主要指注塑件使用中因受到外力的作用而產(chǎn)生的應(yīng)變力。對于塑料結(jié)構(gòu)件,使用中往往與金屬固定件連接,為達(dá)到緊固、牢靠,從而使制件受到較大的剪切、擠壓,制件內(nèi)部必然產(chǎn)生與外力相平衡的內(nèi)力。
應(yīng)力在注射過程中對制件質(zhì)量的影響從理論上講,當(dāng)聚合物注射充模后,如能在保壓壓力作用下以極其緩慢的冷卻速率固化,則聚合物大分子在模腔內(nèi)就有充分的時間進行變形和重排,從而可使變形量逐漸與注塑壓力和保壓壓力的作用達(dá)到平衡,脫模后制件中無殘余應(yīng)力,尺寸和形狀穩(wěn)定。
然而,在實際生產(chǎn)中,出于對生產(chǎn)率的要求,上述方法幾乎是不可能的。即使生產(chǎn)中采用緩冷措施,所得到的冷卻速率對于大分子的變形和重排來講,仍然非常劇烈。
故充模后的聚合物在保壓壓力作用下冷卻固化時,大分子只能簡單地按照模腔形狀堆積在一起,而沒有時間進行趨向于穩(wěn)定狀態(tài)的排列。所以,變形量與注塑壓力和保壓壓力的作用不相適應(yīng),脫模后制件內(nèi)仍將存在較大的殘余應(yīng)力。
大分子還將隨時間的延長繼續(xù)進行變形和重排,以便和成型時的應(yīng)力作用結(jié)果相適應(yīng)(消除殘余應(yīng)力)。帶有較大殘余應(yīng)力的制件經(jīng)常會在不大的外力或溶劑作用下脆化開裂,即應(yīng)力開裂。
應(yīng)力開裂是注塑件常出現(xiàn)的質(zhì)量問題之一,尤其是在氣候溫差變化較大的北方地區(qū),應(yīng)力開裂現(xiàn)象更為突出。裂紋多出現(xiàn)在制件的澆口、棱邊、熔接痕等應(yīng)力較集中的部位。
另外,由于應(yīng)力的作用,制件還常出現(xiàn)變形、翹曲、扭曲等缺陷。
展開 【CAE案例】應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）的有限元仿真
圖2 晶體的有限元建模
應(yīng)力腐蝕有兩種不同的類型，一種是沿晶腐蝕，另外一種是穿晶腐蝕，穿晶腐蝕的機理更加復(fù)雜。目前有限元仿真可以對沿晶應(yīng)力腐蝕的過程做出仿真。首先需要確定所有晶粒之間的邊界，從而進一步在仿真中得到發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的路徑。如下圖所示找出了所有的晶體邊界。
圖3 開裂路徑的設(shè)置
應(yīng)力腐蝕過程存在著三個階段：潛伏階段、裂紋萌生階段以及裂紋傳播階段。在潛伏階段中，晶體微結(jié)構(gòu)受到應(yīng)力作用和晶間腐蝕作用的影響，但是并沒有裂紋生成。在裂紋萌生階段中，裂紋開始生成，但是裂紋穿透深度很小。之后裂紋逐漸擴展，達(dá)到裂紋傳播階段，此時裂紋擴大至可以穿過整個晶間區(qū)域。有限元仿真的一個難點在于準(zhǔn)確的判斷出不同的晶粒間所處的應(yīng)力腐蝕的階段，為此相關(guān)研究人員開發(fā)出了一套如下圖所示的具體仿真流程。
圖4 應(yīng)力腐蝕開裂仿真流程
仿真過程中可以通過不同晶粒之間的PH值判斷是否發(fā)生氧化。考慮到本研究是基于有限元的斷裂力學(xué)仿真，并沒有引入多物理場。氧化一般會發(fā)生在金屬與水的交界面上，當(dāng)判斷晶粒間出現(xiàn)氧化后，會給晶粒間一個更小的臨界切應(yīng)力，使得裂紋萌生的過程更容易發(fā)生。
首先，需要計算裂紋出現(xiàn)前晶體結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力結(jié)果，再根據(jù)應(yīng)力計算結(jié)果，基于開裂準(zhǔn)則來判斷裂紋是否萌生。下圖中展示了（100）（111）（110）晶向交界處的平均等效應(yīng)力計算結(jié)果。
圖5
晶體截面上平均等效應(yīng)力的計算結(jié)果
再依據(jù)開裂準(zhǔn)則可以判斷出裂紋是否萌生和傳播擴展，接下來就可以進一步對應(yīng)力腐蝕開裂處的上下邊界進行平均等效應(yīng)力計算。下圖展示了發(fā)生應(yīng)力沿晶腐蝕后，每個高斯積分點上的等效應(yīng)力計算值統(tǒng)計結(jié)果。
展開 如何從塑料制品的設(shè)計上預(yù)防應(yīng)力開裂？
塑料制品上孔的設(shè)計
塑料制品上孔的形狀、孔數(shù)及孔的位置都會對內(nèi)應(yīng)力集中程度產(chǎn)生很大的影響。
為避免應(yīng)力開裂，切忌在塑料制品上開設(shè)棱形、矩形、方形或多邊形孔。應(yīng)盡可能開設(shè)圓形孔，其中橢圓形孔的效果最好，并應(yīng)使橢圓形孔的長軸平行于外力作用方向。如開設(shè)圓孔，可增開等直徑的工藝圓孔，并使相鄰兩圓孔的中心連接線平行于外力作用方向，這樣可
以取得與橢圓孔相似的效果；還有一種方法，即在圓孔周圍開設(shè)對稱的槽孔，以分散內(nèi)應(yīng)力。
[免責(zé)聲明：以上內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)敬請告知！]
<<<
微信掃一掃，關(guān)注微信公眾號：PA66-6，獲取更多內(nèi)容！>>>
展開 
ABS注塑件應(yīng)力開裂原因及解決措施
制件裝配中與金屬組合,應(yīng)控制裝配扭矩,過大的扭矩易使ABS注塑件在組合處產(chǎn)生較大應(yīng)力。易使ABS注塑件應(yīng)力開裂的溶劑或溶劑氣體環(huán)境應(yīng)避免接觸。
大佬們有沒有ABAQUS熱應(yīng)力導(dǎo)致材料開裂的實例，跪求
ABAQUS中材料受熱導(dǎo)致裂紋擴展的研究
ANSYS鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂計算介紹 附ANSYS土木工程應(yīng)用實例下載
懸臂梁由于其特殊性，是屬于開裂計算中比較難以處理的一種結(jié)構(gòu)，這里得到了比較合理的結(jié)果，這說明對于其它類型的結(jié)構(gòu)，ANSYS技術(shù)同樣是可以處理的。
下載地址：ANSYS土木工程應(yīng)用實例
ansys之——混凝土開裂
finish
/clear
/title, fixed - fixed concrete beam example
/prep7
et,1,65
mp,ex,1,3e7 ! steel rebar (units are pounds, inches)
mp,ex,2,1e6, ! concrete
mp,dens,2,.00025
tb,concr,2
tbdata,1,.3,.5,200,4000 ! shear coeffs, tensile and compress strength
r,1,1,.03,0,0 ! mat 1 (steel), 3 percent reinforcement in x dir
r,2,1,.01,0,0 ! mat 1 (steel), 1 percent
r,3,1,.04,0,0 ! mat 1 (steel), 4 percent
block,,100,,5,,5
block,,100,5,10,,5
block,,100,10,15,,5
!vovlap,all
NUMMRG,KP, , , ,LOW
numcmp,volu
esize,5
mat,2 ! concrete material
real,1 ! rebar
vmesh,1
real,2
vmesh,2
real,3
vmesh,3
nsel,s,loc,x
d,all,all
nsel,s,loc,x,100
d,all,all
nsel,all
fini
/solu
nsel,s,loc,y,15
sf,all,pres,100
nsel,all
OUTRES,ALL,ALL,
nsub,10
solve
展開 ANSYS鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂計算介紹
圖26為時間為1秒時開裂分布圖，圖27為開裂狀態(tài)，灰色部分沒有開裂，其余為開裂部分，不同顏色代表不同張開度，紅顏色表示完全閉合，籃顏色表示最大張開。
4．結(jié)論
鋼筋混凝土開裂分析中，針對不同的結(jié)構(gòu)可采用不同的ANSYS技術(shù)，對于梁結(jié)構(gòu)，可以直接用CivilFEM非線性混凝土模塊進行開裂計算，快速而準(zhǔn)確。對于不適于梁的結(jié)構(gòu)，可以采用SOLID65單元和BEAM188單元以及耦合方程技術(shù)進行任意實體結(jié)構(gòu)的開裂分析。
通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)置，可以保證計算收斂，得到合理的結(jié)果。
本文算例比較的結(jié)果不僅反映了方法可行，而且說明精度也是足夠的。
懸臂梁由于其特殊性，是屬于開裂計算中比較難以處理的一種結(jié)構(gòu)，這里得到了比較合理的結(jié)果，這說明對于其它類型的結(jié)構(gòu)，ANSYS技術(shù)同樣是可以處理的。
來源：ANSYS學(xué)習(xí)與應(yīng)用
展開 ANSYS后處理中的應(yīng)力與屈服準(zhǔn)則！
ansys后處理該看的那些應(yīng)力
01
應(yīng)力
材料發(fā)生形變時，內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力，抵抗外力把分布內(nèi)力在一點的集度稱為應(yīng)力 (Stress)，應(yīng)力與微面積的乘積即微內(nèi)力或物體由于外因（受力、濕度變化等）而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。我們分析后查看應(yīng)力，目的就是在于確定該結(jié)構(gòu)的承載能力是否足夠。那么承載能力是如何定義的呢？比如混凝土、鋼材，應(yīng)該就是用萬能壓力機進行的單軸破壞試驗吧。也就是說，我們在ANSYS計算中得到的應(yīng)力，總是要和單軸破壞試驗得到的結(jié)果進行比對的。所以，當(dāng)有限元模型本身是一維或二維結(jié)構(gòu)時，通過查看某一個方向，如plnsol,s,x 等，是有意義的。但三維實體結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力分布要復(fù)雜得多，不能僅用單一方向上的應(yīng)力來代表結(jié)構(gòu)此處的確切應(yīng)力值——就出現(xiàn)了強度理論學(xué)說。
材料力學(xué)中的四種強度理論
01
最大拉應(yīng)力強度理論
該理論認(rèn)為，材料破壞的主要因素是最大拉應(yīng)力，無論何種狀態(tài)，只要最大拉應(yīng)力達(dá)到材料的單向拉伸斷裂時的最大拉應(yīng)力，則材料斷裂。其中，某點的最大拉應(yīng)力數(shù)值，就是其第一主應(yīng)力數(shù)值。
展開 ANSYS后處理中的應(yīng)力與屈服準(zhǔn)則
ansys后處理該看的那些應(yīng)力
01
應(yīng)力
材料發(fā)生形變時，內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力，抵抗外力把分布內(nèi)力在一點的集度稱為應(yīng)力 (Stress)，應(yīng)力與微面積的乘積即微內(nèi)力或物體由于外因（受力、濕度變化等）而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。我們分析后查看應(yīng)力，目的就是在于確定該結(jié)構(gòu)的承載能力是否足夠。那么承載能力是如何定義的呢？比如混凝土、鋼材，應(yīng)該就是用萬能壓力機進行的單軸破壞試驗吧。也就是說，我們在ANSYS計算中得到的應(yīng)力，總是要和單軸破壞試驗得到的結(jié)果進行比對的。所以，當(dāng)有限元模型本身是一維或二維結(jié)構(gòu)時，通過查看某一個方向，如plnsol,s,x 等，是有意義的。但三維實體結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力分布要復(fù)雜得多，不能僅用單一方向上的應(yīng)力來代表結(jié)構(gòu)此處的確切應(yīng)力值——就出現(xiàn)了強度理論學(xué)說。
材料力學(xué)中的四種強度理論
01
最大拉應(yīng)力強度理論
該理論認(rèn)為，材料破壞的主要因素是最大拉應(yīng)力，無論何種狀態(tài)，只要最大拉應(yīng)力達(dá)到材料的單向拉伸斷裂時的最大拉應(yīng)力，則材料斷裂。
展開 
應(yīng)力集中問題與ANSYS驗證
在工程上，應(yīng)力集中的程度用局部最大應(yīng)力σmax與該截面上的名義應(yīng)力σnom的比值來表示，即
Ktσ=σmax/σnom
Ktσ稱為理論應(yīng)力集中系數(shù)。下面，我們將通過一個典型應(yīng)力集中問題——帶孔平板，使用ANSYS軟件求出最大應(yīng)力和應(yīng)力分布圖，并與彈性理論計算的結(jié)果進行比較：
根據(jù)彈性力學(xué)知識，孔邊環(huán)向正應(yīng)力的大小是無孔時的3倍，隨著遠(yuǎn)離孔邊而極速趨近于q。
ANSYS求解：
Step1：在SCDM中創(chuàng)建平面模型。
由于我們使用平面應(yīng)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(shè)置Path，從而繪制應(yīng)力曲線。由于該模型同時關(guān)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?fù)洌缓簏c擊菜單欄Workbench→ANSYS transfer→2020R1進入Workbench。
Step2：設(shè)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(dǎo)入平面幾何后軟件將使用殼單元計算。）
展開 ANSYS正齒輪組 - 應(yīng)力評估
目的是評估扭矩傳遞過程中的最大應(yīng)力。根據(jù)工程判斷，最大應(yīng)力發(fā)生在接觸點或由于
齒彎曲而導(dǎo)致的齒根處。
由于深度方向上沒有變形的限制，即齒輪可以在深度方向上自由膨脹（或收縮），因此它被建模為平面應(yīng)力問題。
步驟 1：概述
正齒輪的齒與安裝齒輪的軸的軸線平行，在平行軸之間傳輸動力。為了保持恒定的角速度比，兩個嚙合的齒輪必須滿足齒輪傳動的基本定律：齒的形狀必須使得兩個齒接觸點的共同法線必須始終通過中心線上的固定點。接觸點稱為節(jié)點。
目的是評估扭矩傳遞過程中的最大應(yīng)力。根據(jù)工程判斷，最大應(yīng)力發(fā)生在接觸點或由于齒彎曲而導(dǎo)致的齒根處。
由于深度方向上沒有變形的限制，即齒輪可以在深度方向上自由膨脹（或收縮），因此它被建模為平面應(yīng)力問題。
第 2 步：工程數(shù)據(jù)（材料模型）
本教程選定的材料是“結(jié)構(gòu)鋼”，它是 ANSYS Workbench 中的默認(rèn)材料。
展開 ANSYS后處理中的應(yīng)力與屈服準(zhǔn)則
ansys后處理該看的那些應(yīng)力
01
應(yīng)力
材料發(fā)生形變時，內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力，抵抗外力把分布內(nèi)力在一點的集度稱為應(yīng)力 (Stress)，應(yīng)力與微面積的乘積即微內(nèi)力或物體由于外因（受力、濕度變化等）而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。我們分析后查看應(yīng)力，目的就是在于確定該結(jié)構(gòu)的承載能力是否足夠。那么承載能力是如何定義的呢？比如混凝土、鋼材，應(yīng)該就是用萬能壓力機進行的單軸破壞試驗吧。也就是說，我們在ANSYS計算中得到的應(yīng)力，總是要和單軸破壞試驗得到的結(jié)果進行比對的。所以，當(dāng)有限元模型本身是一維或二維結(jié)構(gòu)時，通過查看某一個方向，如plnsol,s,x 等，是有意義的。但三維實體結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力分布要復(fù)雜得多，不能僅用單一方向上的應(yīng)力來代表結(jié)構(gòu)此處的確切應(yīng)力值——就出現(xiàn)了強度理論學(xué)說。
材料力學(xué)中的四種強度理論
01
最大拉應(yīng)力強度理論
該理論認(rèn)為，材料破壞的主要因素是最大拉應(yīng)力，無論何種狀態(tài)，只要最大拉應(yīng)力達(dá)到材料的單向拉伸斷裂時的最大拉應(yīng)力，則材料斷裂。
展開 吊艙掛載應(yīng)力分析SW和ansys分析對比
吊艙掛載應(yīng)力分析
吊艙掛載方式細(xì)節(jié)圖。
吊艙由吊艙架1和吊艙架2支撐掛載。吊艙架1和吊艙架2分別由8顆和4顆M3螺釘固定，螺釘由中心盤內(nèi)向外鎖緊。下圖為吊艙架的整體圖示。
SW simulation靜應(yīng)力分析
吊艙掛載后的吊艙架應(yīng)力分析模型。材質(zhì)選擇鋁合金6063-T6，密度為2700kg/m^3。
彈性模量：6.9e+10N/m^2。泊松比0.33 屈服強度2.15e+8N/m^2
①如下圖12個孔位為吊艙架的固定孔位，吊艙架1和吊艙架2設(shè)定接合面。
②吊艙重量為0.69Kg,轉(zhuǎn)換為重力為0.69kg*G(取9.8N/kg)=6.76N。如圖中4個孔位處懸掛吊艙。(選擇總數(shù)，而非按條目）
③網(wǎng)格化后，運行應(yīng)力分析得下圖結(jié)果。紅色處為最大形變量結(jié)果，形變量為1.740e-02mm。
綜上所述支架強度足夠。
ANSYS靜應(yīng)力分析結(jié)果，材質(zhì)選擇了鋁合金密度2770kg/m^3。Poisson's ratio：0.33 bulk modulus:6.9608e+10Pa
計算總變形量1.9195e-2mm。
變形量云圖一致，均是頂部型變量最大。
材料：
向下的力：
限制位移固定工件。
展開 