ansys 應力殘留
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
ansys 應力殘留的視頻教程
基于ANSYSworkbench的圓筒焊接殘余應力分析
基于ANSYSworkbench的圓筒焊接殘余應力分析，主要教會熱固耦合設置方法以及ACT移動熱源設置方法，殘余應力計算方法。
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【13】基于ANSYS的巖體初始地應力反演
巖體初始地應力場是影響隧道等地下工程圍巖穩定的重要荷載，是其設計、施工時的首要考慮因素，而實測原位地應力由于樣本稀少導致較難反映巖體初始地應力場的宏觀分布規律，因此， 反演巖體的初始地應力場是地下工程進行穩定性分析及結構設計的前提條件。 本課程帶你從零開始到完全掌握基于ANSYS的地應力反演分析。視頻主要是教你怎么使用命令流以及多元線性回歸的python程序。還有相應的參考文獻。
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ansys 應力殘留的實例教程
■全鏈管理 / 蔡穎玫 博士
什么是射出成型殘留應力
什么是殘留應力？它的表象是什么？以看得見的部分可分為透明與不透明產品，不透明塑件的殘留應力表現在產品表面，常見為澆口附近的應力痕，以及肉厚變化差異較大部位的光澤不均紋路。
若為透明產品則可以利用儀器觀測產品內部的殘留應力，應力偏光儀可以快速定性地觀察到部件中殘留應力嚴重的部位，依循應力光學定律(Stress-Optic law)，觀測到的光彈條紋越密集，則材料內部儲存的應力越大。
殘留應力會造成塑件的雙折射率現象，導致不同方向的折射率差異，會影響光學塑件的成像與聚焦能力，尤其是高要求的精密光學產品，很小的雙折射率也會造成光學特性與功能的極大誤差。
除了表面質量，殘留應力也會以另一種形式顯現，有的時候可能產品脫模時沒有明顯的變形現象，但過了一段時間后，成型過程加諸于塑料的應力隨時間或高溫環境下逐漸釋放，因而造成翹曲變形、尺寸偏移、甚至破裂等問題。
對于需要進行噴涂、電鍍等表面處理的塑件，其表面未必可以觀察到殘留應力的存在，但是在噴涂溶劑的作用下，會造成應力區部位加速裂化。
塑件在電鍍程序*中，表面的殘留應力會導致預處理步驟的粗化程度不足，降低鍍層附著能力，當固定部位出現化學鍍層沉積不全造成起皮現象，就是殘留應力的關系。
*塑料電鍍基本流程：清潔→預處理→導電涂層（化學鍍層）→金屬電鍍→鍍層處理
殘留應力成因
我們知道殘留應力對塑件質量的影響，有時候看得到有時候又看不到，頗為惱人。常說知己知彼，我們必須要知道殘留應力的成因，才能有效避免，因此必須要知道塑料的本質，也就是塑料是由無數條高分子鏈組成，彼此糾結。塑料高分子類似一條很長的彈簧，在不受外力作用下，會蜷曲成一定大小的球形狀態，也就是能量最低、最穩定的結構。
展開 透明塑膠光學產品的殘留應力定性分析
■型創科技 / 劉文斌 技術總監
前言
當塑膠成品在應用上發生破裂或破壞時，就材料力學的觀點而言，即表示該塑膠件在破壞區域上，其所承受之應力數值總合超過了材料本身的物性強度數值。因此要解決成品在使用上的破壞或破裂問題，就必須要從增加材料物性強度或減少成品應力值來著手。塑膠制品承受的應力作用通常可依應力來源區分為「外部應力」及「內部應力」兩種，「外部應力」是成品在使用時所遭受之外力作用，此部分將視產品應用場合而定（例如塑件使用上遭受碰撞、荷重、嵌合等），通常是無法控制其程度，一般產品設計者會依照常態之外部應力值，乘上一安全系數值來設計產品的結構強度。而內部應力通常是成品在加工成型過程中所產生而留存在塑件成品內部（稱為塑件的殘留應力或成型應力）。所以要有效解決塑膠成品的破壞問題，唯有降低應力作用或提高材料強度兩種方法。
然而對于塑膠成型加工業者而言，如何使用較適當之加工條件，來防止材料強度降低及避免在加工時產生過大殘留內部應力則是現場加工人員最重要的議題。殘留應力就是指在塑膠成型過程中，因加工條件造成分子結構不是處在其最低能量的最穩定狀態下，分子鏈可能是受到流動定向影響或是受到周圍分子鏈之冷卻拘束，而呈現不穩定之高能態狀況。所以一旦有外界能量再度給予此受應力作用的分子鏈具備有足夠的動能，則此分子將極易釋放出應力而達到其最穩定的最低能階組態。塑膠成品中的殘留應力通常難以透過肉眼進行觀察，往往是在進行成品后加工制程時發生了問題或是在使用時產生了破壞，才會被發現，所以塑膠加工成型業者如何在成型階段或是在加工生產在線，藉由成品之觀測來迅速獲得殘留應力的分布信息，是目前加工上相當重要的技術。
展開 圖3：射出成品厚度方向應力分布狀況
殘留應力的影響
塑料成型過程所產生的殘留應力，除了會影響成品在使用上的強度外，尤其在某些二次后加工制程上（例如噴涂、電鍍等）都會容易造成產品不良現象發生。殘留應力對塑料成品的影響常見的有下列幾種：首先是成品的外觀尺寸變形及翹曲問題，由于剪切流動造成分子鏈的排向或是由于成品幾何造成流動的定向效果，在成品脫模時容易因應力松弛而造成尺寸發生變形，另外由于成品尺寸的不對稱性或在成品厚度方向冷卻收縮的不平衡性，所形成的熱應力都將造成成品在脫模后發生翹曲變形現象。此現象對于尺寸精密度有要求或有組裝搭接嵌扣性需求之塑膠射出成品，將會有尺寸配合度的問題發生。再則塑料件在使用上比例最高的破壞型式，當屬環境應力破壞 (Environment Stress Cracking,ESC) ──例如太陽 UV 光照射破壞、老化破壞、氣候性干濕冷熱循環破壞等等，對此塑料殘留應力也會造成環境應力破壞的加速。其他像塑膠件的蠕變性破壞、疲勞性破壞等，都會因為殘留應力存在而加速加快其破壞產生。
另外，塑膠件在成型過程中所產生的殘留應力，容易因為獲得外界能量或驅動力（例如受熱、照光、吸濕等）來誘發應力松弛效果，所以在塑料成型業中最常用來消除塑料內部殘留應力之方法，即是退火（或回火、annealing），將塑膠成品放入烘箱中或給予所需熱量，使定向分子鏈獲得能量而能再次重新調整分子鏈組態或相互重排以達到最低能量之穩定結構，而應力松弛的驅動力除了熱能外，如機械能、光能、化學能（溶劑作用）都可以達到同樣效果，然而在應力松弛的同時，也要考慮成品尺寸變形之嚴重性。一般殘留內部應力常常會導致成品在使用上或二次加工上發生問題，例如表面接著、表面電鍍或表面涂裝等工法，都會因為成品表面高度分子定向的高應力情況，而產生接口的不兼容性。
展開 ■ 全鏈管理 / 蔡穎玫 博士
前言
殘留應力為「溫度」、「壓力」及「充填時流場的速度變化」等成型條件對塑膠高分子鏈形態的綜合影響結果，本篇文章我們就來討論在產品與模具設計都沒有變動下，成型條件──「流動」對殘留應力的作用。
首先，我們先理解射出程序包含充填及保壓動作，兩階段目的不同，對分子鏈的影響也不同：
充填：極短時間內對塑料高速擠壓，高剪切率作用下分子鏈排向程度高；
保壓：塑料幾乎充滿模穴的條件下持續填料，剪切率極低但高壓作用于分子鏈而提升排向程度與被壓縮程度。
流動對殘留應力的影響
為了更具體地觀察高分子鏈在充填流場中的變化，讓我們對模穴內的厚度方向做一剖面，可以看到熔膠在厚度中心有最快的流動速度，其波前就像噴泉般地流動，越靠近模壁流動速度越慢，并在塑件表面也就是模壁處形成不流動的固化層。
探究厚度方向塑料流動速度差異的原因，是因為塑膠導熱效果極差（約為金屬的1/1000），當模具金屬及冷卻水管的熱傳作用已把壁面處熔膠的熱量帶走，但模穴內仍保有相當高的溫度，由剖面的溫度分布可看到，模壁處塑料處于固化溫度，越往內部溫度逐漸爬升，到達固化層厚度時溫度最高，再往中心的塑料溫度會稍降，但仍維持高溫以持續完成充填保壓程序。
在固化層厚度部位出現最高溫的原因，是因為此為塑料固態與流動態的界面，界面一端為靜止狀態，但另一端仍保有移動性，兩者速度差極大，兩相接觸時摩擦生熱貢獻出高溫分布于此，充填速度越快此摩擦升溫的程度越高。正因為界面兩端的速度差異極大，此處也正是厚度方向上最大剪切率發生的部位，此處升溫現象因而稱作shear heating。
圖1：射出成型塑膠高分子鏈定向現象分析
說明完了速度與溫度的分布，接下來更能理解充填流場對高分子鏈排向的影響。
展開 ■全鏈管理 / 蔡穎玫 博士
溫度及壓力對殘留應力的影響
在討論完流動對殘留應力的影響后，接著我們分別來看溫度與壓力對殘留應的效應。首先是塑料溫度，在射出成型系統中有三種機制可以對塑料加溫：
射出機料管加熱器；
射出螺桿旋轉摩擦剪切熱；
塑料充填流動時的剪切熱。
溫度提升可以增加高分子鏈的運動能力，也就是增加松弛行為，因此高料溫殘留應力會較低。料溫對三個區域的影響如下：
高料溫
定向固化層A區厚度減少；
定向高剪切層B區的高分子定向程度降低；
非定向核心層C區厚度增加。
低料溫
定向固化層A區厚度增加；
定向高剪切層B區的高分子定向程度增加；
非定向核心層C區厚度減少。
而壓力對殘留應力的影響會以保壓作用為主，由于持續對模穴補充更多塑料，壓力壓縮使得高分子彼此更靠近，分子鏈之間的空間更小，所以會造成：
澆口與澆口附近產生另一次高分子鏈定向行為；
澆口附近的高分子定向情形，容易造成該區沿流動方向龜裂(crack)；
若保壓速率慢，且澆口小，則定向的高分子鏈被固化的程度會增加。
若高分子鏈之間沒有應力狀態存在（彼此的距離沒有過近或過遠），則它們彼此之間就保持著最適當的距離（能量最低的狀態）。否則會有兩種應力現象：
內部拉伸應力(internal tensile stress)：高分子鏈之間的距離比最適當距離遠時，塑件內部產生拉伸應力。
內部壓縮應力(internal compressive stress)：高分子鏈之間的距離比最適當距離近時，塑件內部產生壓縮應力。
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概述
PCB 組件在工作時產生的熱量會直接影響其電性能與長期可靠性。過高的溫度或頻繁的溫度波動會引發材料老化、信號失真，并因材料間熱膨脹系數不匹配而產生熱應力，最終導致焊點開裂、器件失效等故障。因此，評估 PCB 可靠性必須進行瞬態熱力耦合分析，即先分析動態溫度場，再計算由此產生的熱應力。
目標
通過高保真建模仿真，系統觀察并量化印刷電路板（PCB）上關鍵元器件在瞬態熱載荷作用下的力學響應與應力表現
AnsysWB-基于過盈配合的BWM_i3電機轉子應力仿真
1.模型包含電機轉子鐵心和轉軸
2.轉子鐵心與轉軸施加過盈接觸配合
3.轉軸施加峰值扭矩250Nm的載荷
4.評估轉子鐵心和轉軸的應力和變形情況
5.參考時請考慮仿真模型與實際模型存在的偏差
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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微電子元件是冷卻系統中的一個關鍵鏈路。由于反復接通和斷開電源，微電子元件受
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到熱循環的作用，因此，焊點處出現裂紋，斷開了芯片與印刷電路板的連接，從而導
</div><div contenteditable
表面貼裝制造被廣泛用于組裝片式電阻封裝，能夠將電子元件直接貼裝在印刷電路板（PCB）的表面。對更小的手持設備不斷增長的需求促使片式電阻器尺寸更小，這反過來又引發了對焊點熱疲勞壽命以及故障發生情況的擔憂。
表面貼片電阻會受到熱循環的影響。材料之間的熱膨脹差異會在結構上產生熱應力，
連接電阻與印刷電路板的焊料被視為裝配中最薄弱的環節，由于工作溫度高于焊料的
熔點，因此會產生稱為蠕變的變形
攪拌摩擦焊（FSW）是一種固態焊接技術，用于金屬的連接，無需填充材料。一個圓柱形旋轉工具插入牢固夾緊的工件中，并沿著待焊縫移動。隨著工具沿焊縫移動，工具肩部與工件之間的摩擦產生熱量。工件材料的塑性變形也會產生額外的熱量。產生的熱量使工件材料熱軟化。工具的移動使軟化的工件材料從前部流向工具后部并在此處凝固。隨著冷卻，兩塊板之間形成一個連續的固體焊縫。整個過程中不會發生熔化，產生的溫度始終低于所連接金屬的固相線溫度
技術鄰Ansys定制培訓可使工程師30天內獨立完成熱應力分析項目，方案落地率達85%，已累計為汽車、機械、新能源等10余個行業培養12000+專業人才，成為企業突破熱應力技術瓶頸的核心助力。
在工業研發中，Ansys熱應力分析技術的價值已得到廣泛認可，但企業工程師普遍面臨“會操作軟件不會解決實際問題”“懂理論卻不懂工況適配”的痛點——某新能源企業調研顯示，未接受專業培訓的工程師，完成一個電池包熱應力分析項目平均需
零基礎也能高效掌握Ansys熱應力分析，技術鄰通過“低門檻準入+拆解式教學+全流程保障”，讓新手1-2周上手實戰，已幫助500+企業零基礎工程師實現技能突破，學員獨立完成仿真項目的平均周期從1.5個月縮短至2周。
“沒接觸過有限元理論，怕聽不懂公式推導”“只會打開Ansys軟件畫簡單模型，不知道怎么開展熱應力分析”“擔心課程太復雜，學完還是不會做自己的項目”——這是絕大多數零基礎學習者面對
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習錐形透鏡的三維模型處理
2、學習線瞬態熱結構耦合分析步的建立
3、學習錐形透鏡熱結構耦合分析的載荷施加
4、學習錐形透鏡熱結構耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 錐形透鏡瞬態熱應力分析
在 ANSYS Workbench 中，剪切應力（Shear Stress） 是指物體內部平行于截面方向的應力分量，反映材料在平行于受力面方向上的 “錯動趨勢” 或 “剪切變形阻力”。它與正應力（垂直于截面的應力）共同構成了材料內部的應力狀態。
正應力 σx：表示X方向的正向應力
切應力 Txy：表示垂直于X軸的平面上方向沿Y方向的切應力
1.剪切應力的物理意義
從力學本質上看
