力學與實驗應力分析的案例
應變測量基礎 | 什么是實驗應力分析
什么是實驗應力分析?
實驗應力分析（Experimental Stress Analysis, ESA）是對材料的機械應力狀態進行分析的一種方法，一般采用應變片進行測量和分析。通過如下介紹，您可以了解現有應力類別，它們的來源和狀態，以及如何通過測量的應變來確定應力。
機械應力測定
應力定義為材料在外力作用下的物理響應（變形）。它通常是由施加的力（機械應力）導致材料變形的結果，但也經常受到材料或更大系統內的力影響。
應力細分如下:
類型：正應力和剪切應力
來源：拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、殘余應力和熱應力
狀態：單軸、雙軸、三軸或立體空間
根據來源定義應力
彎曲應力、扭轉應力以及拉向應力（正）和壓向應力（負）等都是以其來源命名的，其它來源還包括：
殘余應力
——
殘余應力 (或固有應力) 由力內部效應產生的。例如，熱處理件在淬火過程中體積的不均勻變化，金屬鑄造或塑料制品注塑的不均勻冷卻，以及焊接或鍛造件的機械加工等。簡單地來說，這些都是由于其自身內部重量不均造成的。
熱應力
——熱應力
是發生在系統中的一種殘余應力，其大部分是由于不同熱膨脹的部件連接在一起，防止了材料自由熱膨脹導致的，也可能是不均勻加熱的結果。
殘余應力和熱應力對材料的影響與加載應力相似，其降低了材料的承載能力。因此，只有對殘余應力進行定量和定性分析，才能充分確定結構件操作是否安全的問題。在殘余應力分析時，只有將這些應力“釋放”，才能測定這些應力，并測量材料在非應力狀態下的彈性松弛程度。
展開 ANSYS課程_固體力學中的應力分析1
對于土木，機械，航空航天和許多其他學科的工程師而言，應力分析是一項非常重要的任務。盡管它被稱為應力分析，但它會在結構上同時尋找應力和應變，以便確定外部載荷下結構的狀態。應力分析可以通過不同的方式執行，例如，實驗測試，分析解決方案或計算模擬，實驗測試或方法的組合或方法的組合。在本課程中，我們將從應力分析的目標和應用開始，并且將解決工程師在應力分析的計算仿真中的作用的重要性。
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展開 【力學分析】板的彈性屈曲臨界應力
<p>在鋼結構設計標準中，很多地方都用到了板的彈性屈曲臨界應力，比如：截面等級S4限值的計算、S5級截面屈曲后強度計算過程中所用到的均一化長細比λ<sub>np</sub>。</p><p>因此對板的彈性屈曲分析的了解，可以更好的幫助我們理解規范中寬厚比限值以及屈曲后強度計算。</p><h2 class="ql-align-justify"><strong>一、屈曲臨界應力-解析解公式</strong></h2><p>由教材《鋼結構穩定理論與設計》第九章“板的屈曲”可得，板的線彈性屈曲臨界應力為：</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.xiumi.us/xmi/ua/IpA6/i/5c211f4f499f9841c17166e5aa8bfaa9-sz_502473.jpg" width="442"></p><p>?</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.xiumi.us/xmi/ua/IpA6/i/cb7f3755ab1deedb18bcda5dda2a0be7-sz_65443.png" width="489"></p><p>其中k為板的屈曲系數，該值與板的長寬比/邊界條件/應力類型/應力梯度均有關系。當板受到正應力時為k<sub>σ</sub>，受到剪應力時為k<sub>τ</sub></p><h2><strong>1.1屈曲系數-k</strong><sub><strong>σ</strong></sub></h2><p>對于狹長形板（a/b>4)，四邊簡支（不能面外移動，但可面內移動），受正應力，應力梯度為α<sub>0</sub>（公式3.5.1）的板，國標GB50017給出的屈曲系數公式為8.4.2-4所示。
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常規巖土力學試驗主應力組成分析與疲勞仿真驗證
摘 要：本研究通過數值計算和室內實驗仿真的方式開展了對常規巖土力學試驗主應力組成分析與疲勞荷載的研究。進行了常規巖土力學試驗的仿真，并得出了主應力分布特點。通過建立疲勞仿真計算模型，對試件進行疲勞仿真驗證，針對四組不同算例對試件的疲勞荷載進行模擬分析。通過研究得出不同主應力組合對試件的疲勞荷載有著一定影響。
關鍵詞：常規;試驗;疲勞;組成分析;主應力;巖土力學;
1 常規巖土力學仿真中的主應力分布特點
為實現對巖土力學試驗的仿真，開展研究前，引進Mohr-Coulomb（莫爾-庫倫強度理論）、Drucker-Prager(DP準則），將其作為參照，進行巖土材料在力學性能試驗中應力分布的研究[1]。
在此過程中，Mohr-Coulomb理論提出，材料發生破壞行為，大多屬于剪切破壞，在此種條件下，破壞面上存在剪應力，而對應的剪應力可以用法向應力函數表示，表達式如下：
式中：τf代表材料發生破壞時，破壞面上的剪應力；f（σ）代表法向應力函數。根據上述函數，可以確定巖土材料的莫爾破壞包絡線，如圖1所示。
圖1 巖土材料的莫爾破壞包絡線
圖1中，A、B代表破壞面的兩個莫爾圓；O1、O2代表兩個任意點莫爾圓半徑；M、N代表破壞面的垂直包絡線[2]。設定一個參數為巖土材料的屈服系數，將其表示為Q,Q的計算可以通過下述公式得到。
式中：Q代表屈服系數；O1代表任意點莫爾圓半徑；O1M代表圓心到包絡線距離。根據實際情況，應明確Q的取值在0～1之間，當計算后發現Q的值>1時，說明在此種條件下，巖土材料樣件已在法向應力作用下，達到了屈服破壞程度。
在上述內容的基礎上，參照DP準則，進行巖土材料屈服應力的分析，在此過程中，可以將巖土材料的樣件假設為一個三維模型，模型在三個方向的主應力構成三維應力空間[3]。
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ANSYS課程_固體力學中的應力分析3
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ABAQUS油氣開發相關地質力學分析的地應力平衡方法
地應力平衡分析是基于ABAQUS有限元平臺進行巖土分析時特有的操作。
本文就基于油氣鉆采過程中幾個常見案例介紹了地應力平衡的方法
不局限于這幾個模型，以后想到什么模型或者您需要什么模型都可以告訴我幫您更新
一、井壁穩定平面應變模型
二、井壁穩定3D薄層模型
三、地層沉降軸對稱模型
四、地層沉降和穩定性分析厚層3D模型
五、海底滑坡3D模型
六、套管+地層的井眼完整性分析模型
詳情見https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14877
展開 關于實驗流體力學
實驗流體力學
實驗流體力學現在碰到的瓶頸遠比計算流體力學要嚴重得多。而且急需要天才來救場，否則很難有出路。
實驗流體力學首先最大的問題依然是燒錢，無盡的燒錢。如果要獲得可靠的飛行器氣動數據，那么一般的玩具級風洞依然是吹不出來的，因為邪惡的雷諾數效應。縮比模型的雷諾數一般要比實際飛行器小一個量級以上，這就導致了阻力預測可信度偏低，極端情況下還有更嚴重的轉捩預測完全錯誤的問題。所以，工業界實際用的風洞都是大尺寸的，實驗段直徑起碼要在幾米的量級，這也就意味著一座風洞的造價至少需要上億人民幣。這還不算后續的風洞運營經費、配套儀器費用、模型加工費用和實驗人員工資。所以空氣動力學實驗沒錢是玩不起的。
其次，實驗的定量測量手段目前還不夠完善。
說到了熱流量CFD算不準，實際上實驗定量測量難度一點也不比CFD低，測出來的數據完全錯誤的情況也見過。當然，最本質也是最核心的困難還是速度場的測量。雖然PIV、PTV之類的技術已經取得了非常大的進步，但在流場最關鍵的近壁區測量依然很困難。針對某些湍流問題，已經有不少學者認為直接數值模擬（DNS）可信度高于實驗了。當然這個觀點還有很大爭議，但短期來看，如果實驗測量技術得不到巨大突破，那么也許漸漸地CFD的標定對象就越來越多的偏向DNS而不是實驗了。
（為什么一直反復說湍流模擬？因為航空航天工業上能見到的流動95%都是湍流！）
（順便提下：卡門渦街不是湍流。雷諾數才幾百，你看到的這些渦全是層流渦。不要一提到湍流就貼一個卡門渦街的圖，你的流體力學老師會報警的。）
第三，風洞環境和實際飛行環境之間有多大的相似度，即所謂的“天地換算”問題。一般的工業風洞可以成功的模擬民航飛機、戰斗機、運輸機等的氣動參數，但是對于更新型的飛行器問題往往就無能為力，典型例子：高空飛行器、氣動聲學問題。
展開 力學所高溫氣體動力學國家重點實驗室（LHD）與大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室（MRD）學術討
為進一步推動高溫氣體動力學領域的學科融合和交叉、促進實驗室開拓發展，8月31日LHD赴中科院大連化物所與分子反應動力學國家重點實驗室（MRD）開展學術討論。力學所黨委書記劉桂菊、學術委員會副主任姜宗林、LHD主任張新宇，大化所化學動力學研究中心主任楊學明院士、MRD主任張東輝院士等來自力學所和大化所的30余人參加討論會。會議由楊學明主持。
劉桂菊在致辭中表示，大化所、力學所各具風格和特點，相互學習和交流將可能產生重要的思想火花，促進合作的開展，LHD高度重視此次活動，針對預先溝通的四個主要問題準備研討內容主題，希望兩個國家重點實驗室進一步落實合作的切入點以及具體內容。
楊學明在致辭中向參會人員表示熱烈的歡迎，認為分子反應動力學和高溫氣體動力學關系到各自研究領域的下一步發展趨勢，期望通過交流找到學科交叉的具體合作點。
張新宇、楊學明分別介紹了LHD、化學動力學研究中心及MRD的總體情況和研究特點。本次會議共做8個專題學術報告，分別涉及化學動力學理論、高溫氣體動力學以及燃燒反應、大連相干光源、超聲速燃燒和光學測量、交叉分子束、激波管化學反應動力學、反應速率計算、高超風洞和稀薄氣體風洞等多個方面，與會成員展開熱烈討論。
會議雙方經過細致討論，決定成立工作組，在飛行器表面反應動力學、反應速率測量、風洞實驗中的光譜學和質譜學、交叉分子束動力學和重大科研平臺建設等方面開展合作。
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流體力學實驗還可以這么驚艷！
雙色渦環流碰撞實驗
Vortex ／渦旋了解一下
上圖：在空中的渦流環圖像；中圖：生活中的吐煙圈同樣是渦旋；下圖：渦旋環向右傳播，空氣分子從圓環內部旋轉起來
流體力學中，渦旋是指流體順著某個方向環繞直線或曲線軸的區域，它是由被擾動的流體，如液體、氣體、等離子體所形成的。生活中渦旋的例子有煙圈，鯨豚用鼻孔吐的氣環等。渦旋形成后可以移動、沿伸、扭曲，并且和其他的渦旋以復雜的方式相互作用。
單個理想的渦環繞流動圖
視頻中的渦旋，在水里的稱為渦環，環內充滿空氣，當渦環在水里移動時，環內空氣與附近的水都會呈角向轉動。渦環角向轉動越快，就會變得越穩定。
雙色渦環流碰撞實驗動圖
雙色渦環流碰撞實驗是由電腦控制圓柱體橡膠膜抽吸流體，從渦流炮中發射出環形渦流。這個實驗同時也是染料密度的測試，如果染料混合物的密度比水輕，渦流就會上升；如果染料比水濃，渦流就會下降。另外渦流炮的間距、噴嘴的形狀、橡膠膜片的張力、發射速度等變量都需要通過計算確定下來。
展開 Workbench仿真塑性材料拉伸力學實驗
在結構有限元分析中很多情況只需要考慮材料的線彈性階段。但有時設計人員希望能充分發揮材料的極限性能，就需要考慮材料的屈服和強化階段。本實例利用有限元仿真分析方法模擬材料力學性能實驗，針對塑性材料力學性能有限元仿真有一定的參考意義，希望能幫到大家。
【溫故知新】
大家可還記得材料力學中的力學性能測試試驗？忘了的朋友趕緊腦補去…
復習好了哇？直接上實驗結果...似曾相識？J
塑性材料應力應變曲線
注：在ANSYS有限元程序中默認比例極限等于屈服極限。
1
幾何模型與網格
試樣最小截面直徑10mm。網格劃分如下(網格粗糙，演示用)。
2
材料參數
楊氏模量2E11 Pa，泊松比0.325，屈服極限350Mpa，強度極限516Mpa。塑性階段采用Multilinear Kinematic hardening(多線性隨動強化模型)材料本構關系模型，用列表形式輸入應力與塑性應變。材料參數設置截圖如下。
在實際工程項目中為得到較為準確的材料屬性，可用電子拉力機對小試件做力學性能試驗來確定的。通過試驗可以得到上述材料應力應變曲線圖。
展開 第17屆亞洲實驗力學國際會議在西安召開
2018年10月11日至15日，第17屆亞洲實驗力學國際會議（The 17th Asian Conference on Experimental Mechanics）在西安召開，本次會議由亞洲實驗力學組委會、中國力學學會主辦，陜西省沖擊動力學及工程應用重點實驗室、沖擊動力學及其工程應用國際聯合研究中心、西北工業大學等高校聯合承辦。西北工業大學航空學院李玉龍教授為本次會議主席，西北工業大學航空學院索濤教授和中國科學技術大學龔興龍教授為本次會議聯合主席。
本次亞洲實驗力學會議有來自日本、韓國、新加坡、美國等7個國家的學者參加。國內參會的學者分別來自清華大學、北京理工大學，北京航空航天大學、中國科學院力學研究所等近50所高等院校及科研院所。中國科學院院士、國防科學技術大學航空與材料工程學院于起峰教授；西北工業大學副校長萬小鵬教授；長江學者特聘教授、西北工業大學鄧子辰教授及李玉龍教授；國家杰出青年基金獲得者、中國力學學會實驗力學專委會主任、中國科學技術大學龔興龍教授；亞洲實驗力學學會主席、臺灣成功大學羅育龍教授；國家杰出青年基金獲得者、清華大學馮雪教授及謝惠民教授等近160余名國內外優秀學者參加了本次國際會議。
本次會議共分為主會場1個，分會場4個，大會邀請報告8個，分會邀請報告20及口頭報告85個。會議的主題涵蓋了應力應變與變形測量、微納米尺度下的材料力學性能、生物及復合材料力學性能、動態及沖擊響應模式及高應變率下材料的力學行為等多個方面。
開幕式由西北工業大學航空學院索濤教授主持，臺灣成功大學羅育龍教授代表亞洲實驗力學組委會對與會代表表示熱烈歡迎，西北工業大學副校長萬小鵬教授代表西北工業大學致歡迎詞。
展開 科雷氏骨折固定體位的生物力學實驗研究
為探討科雷氏骨折各種固定體位的生物力學機制,尋求最佳的固定體位,采用三維空間有限元計算方法,在計算機內建立完整的前臂模型,將前臂和腕部的主要肌肉和腕掌、背側韌帶加載于模型之上,分析腕關節在背伸、中立、掌屈位以及尺偏、橈偏等多種工況下,應力、應變和位移的變化特點,結果顯示當腕關節中立、稍尺偏、前臂旋后位時,骨折斷面的掌、背、尺、橈側中點的應力均為壓應力,且掌、背側數值比幾乎為1∶1 ,骨折斷面掌、背、尺、橈側中點的剪切位移量也最小,說明前臂旋后腕中立稍尺偏的固定體位最好,是治療科雷氏骨折的最佳固定方式。
科雷氏骨折固定體位的生物力學實驗研究.pdf
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