環向應力
關注創建者：康康學長 創建時間：2021-12-17
環向應力的視頻教程
（SCI復現）LS-DYNA環向應力和徑向應力云圖及單元曲線獲取方法
； 3.完美復現了SCI論文里的環向應力云圖，分析環向應力對于撰寫巖石爆破類的論文很有用處。
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（SCI）環向應力理論分析與軟件查看
首先基于理論公式，詳細分析了環向應力的特點；然后通過LS-DYNA軟件，建模并施加地應力；最后介紹了環向應力的查看方法。希望本視頻能夠為大家提供幫助，相關K文件及軟件安裝包可由附件下載。對視頻內容如有疑問，歡迎在評論區交流學習。
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ABAQUS管道環向橢圓裂紋斷裂參量計算-應力強度因子K、J積分、蠕變參量Ct
實戰演練-斷裂力學參量計算 應力強度因子-K因子、J積分、蠕變參量Ct的有限元計算
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環向應力的實例教程
<p>在進行爆破模擬時，往往需要分析環向應力和徑向應力，因為徑向裂紋的擴展是由其環向拉應力導致的。為了驗證所輸出環向應力的準確性，結合1區SCI論文《Effects of in-situ stresses on the fracturing of rock blasting》進行復現。</p><p>建立地應力（圍壓）下的模型，并按論文的地應力工況進行圍壓的施加。主要輸出環向應力云圖和環向應力單元曲線。</p><p><img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/202112/2a64471b33a54fa89252dea0b8483854.png" alt="5.png"></p><p>P1=80MPa，P2=0MPa，論文結果與模擬結果對比，圖片為環向應力云圖。可以看到結果完全一樣，包括分布規律和云圖數值。
展開 本案例考察不同地應力下井壁周圍環向應力與徑向應力分布，同時考慮孔隙水壓對圍巖應力分布影響。comsol后處理中并不能直接得到環向應力與徑向應力，需要通過x、y方向應力轉化得到。具體結果如下，從圖中可以看到不同的水平、垂直地應力大小，會產生不同的應力分布。在井壁周圍，徑向應力最小，環向應力與von Mises屈服應力最大。此案例僅考慮水壓對應力影響，后續還可以考慮溫度、損傷對其影響。
展開 2 內襯鋼管
（1）施加鋼管
由變形云圖可知：內襯施工完成后，其環向應力最大值為65.93MPa，徑向變形最大值為20.84mm。
（2）施加內水壓力
由變形云圖可知：隧洞通水后，在內水壓力作用下，其環向應力最大值為187.9MPa，徑向變形最大值為22.31mm。可以看到，內水壓力作用下其環向應力最大值發生了顯著增大。
3 周圍土體
（1）初始地應力平衡
由變形云圖可知：初始地應力平衡后，土層豎向應力最大值為1.966MPa，豎向變形最大值為78.29mm。
（2）開挖土體
由變形云圖可知：盾構開挖初襯未支時，土層豎向應力最大值為1.966MPa，豎向變形最大值為78.31mm。
（3）施加外襯拼裝管片
由變形云圖可知：外襯盾構管片施工完成后，土層豎向應力最大值為41.02MPa，豎向變形最大值為77.38mm。
（4）施加內襯鋼管
由變形云圖可知：內襯鋼管施工完成后，土層豎向應力最大值為41.94MPa，豎向變形最大值為77.24mm。
（5）施加內水壓力
由變形云圖可知：隧洞通水后，在內水壓力作用下，土層豎向應力最大值為41.91MPa，豎向變形最大值為77.22mm。
四、結論
通過建立二維有限元模型，分析了盾構輸水隧洞開挖、施作內外襯砌以及通水過程中結構和土層的應力和變形情況，得到了以下結論：（1）添加內襯后，外襯環向應力減小，說明內外襯聯合受力能有效降低結構中產生的最大應力，提高結構承載能力和安全性。（2）輸水隧洞雙層襯砌聯合受力共同承擔內水壓力和外水土荷載，但內襯主要承擔內水壓力、外襯主要承擔外水土壓力。
展開 該觀點核心內容及論據主要有以下三點：
（1）由下圖2應力分布云圖和等值線圖可直觀看出，圓柱殼與接管連接區“肩部”截面的應力等值線始終與殼體軸線呈現出約45°的傾斜分布趨勢，表明開孔邊緣不僅有ASME所指出的繞圓筒母線方向的環向彎矩，同時必然還存在另一個與之相正交的彎矩，否則應力等值線不可能呈現45°傾斜分布趨勢；
圖2 沿圓筒環向的應力分布云圖
（2）由下圖3圓筒和接管變形示意圖可直觀，圓筒上接管部位的形狀由圓趨扁，表明ASME中提出的繞圓筒母線方向彎矩的存在；圓柱殼與接管的相貫線由圓形變成了橢圓形，表明開孔邊緣同時存在著繞接管母線方向的彎矩，該彎矩產生的應力沿接管環向（在開孔肩部處亦為圓筒環向）；
圖3 圓筒和接管變形示意圖
（3）清華大學陸明萬教授的文章對圖2的變形情況給出了理論解釋，認為由于圓柱殼環向薄膜應力比軸向大一倍，使得補強環出現由均勻拉伸和等值拉壓組合而成的非軸對稱受力情況，才導致出現了環平面內由圓形變為橢圓形的彎曲變形，進而產生了繞接管母線方向的彎矩，并推導出該彎矩值為pR3/8 ，與ASME的環向彎矩pR3/6數量級相當，產生的原因亦與ASME彎矩相似，因軸對稱性被破壞而產生的彎矩，因而其引起的彎曲應力具有一次應力性質。該觀點認為，ASME標準中只考慮一個方向的彎矩作用，其計算是不完整的，存在重大欠缺，而因同時考慮兩個方向的彎矩作用。
展開 1、COMSOL井壁周圍環向應力與徑向應力
2021年12月17日927
本案例考察不同地應力下井壁周圍環向應力與徑向應力分布，同時考慮孔隙水壓對圍巖應力分布影響。comsol后處理中并不能直接得到環向應力與徑向應力，需要通過x、y方向應力轉化得到。具體結果如下，從圖中可以看到不同的水平、垂直地應力大小，會產生不同的應力分布。在井壁周圍，徑向應力最小，環向應力與von Mises屈服應力最大。此案例僅考慮水壓對應力影響，后續還可以考慮溫度、損傷對其影響。
2、COMSOL模擬流固耦合井筒周圍應力分布
此案列介紹在井筒壁周圍施加徑向荷載(孔壓和地應力），分析其徑向應力、環向應力以及孔壓變化，附有詳細的建模說明書，有需要的請聯系我。
3、利用COMSOL進行直井井眼圍巖應力分析
鉆井過程中的井壁失穩是一個普遍性難題，特別是在新地區的勘探井、深井和超深井中，常常由于無法掌握井下地層的組成與特性,鉆井、鉆井液技術與地層不匹配，造成井眼嚴重失穩，從而導致卡鉆、劃眼，泥包鉆頭等各種復雜事故，甚至使油井報廢。
從巖石力學的觀點研究鉆井過程中的井壁穩定，利用已測室內試驗得到的巖石力學參數，在COMSOL有限元數值模擬軟件基礎上建立井壁模型，揭示鉆井過程井眼圍巖應力分布，為防止井壁失穩提供依據和指導。
物理模型：
由于井眼直徑遠小于井深,故可把直井井眼模型簡化為平面應變模型。圖1是直井井眼力學模型,把地層看作線彈性體,在x方向無限遠處作用有最大水平地應力,在y方向無限遠處作用有最小水平地應力,在井眼內部作用有鉆井液的液柱壓力,地層內部作用有地層孔隙壓力。
4、井壁應力數值模擬模型
(1)井斜角和方位角進行參數化計算。
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內部壓力的雙重作用： 壓力會產生環向拉應力，一方面可能延緩塑性屈服，另一方面又可能促進屈曲，需要綜合分析。
材料屬性的敏感性： 分析結果對輸入的材料應力-應變曲線非常敏感，微小的差異可能導致預測響應的顯著偏差。
S8R5單元ELBOW31B和B31的對比
追求精度，驗證機理：應使用S8R5或其他殼單元建立詳細的有限元模型。這是研究彎管復雜非線性行為（如彈塑性坍塌）最可靠的方法。
若為柱坐標，S12、S13、S23分別指：由徑向向環向的剪應力、由徑向向軸向的剪應力、由環向向軸向的剪應力。
混凝土應力：混凝土內部會產生徑向和環向應力，在鋼筋周圍一定范圍內應力較大，隨著距離的增加逐漸減小。通過應力云圖可清晰識別混凝土的高應力區域，評估混凝土的開裂風險。
圖15 混凝土應力云圖
（2） 參數敏感性分析
對比不同混凝土強度等級、鋼筋直徑、保護層厚度下的粘結滑移曲線和應力分布差異，總結關鍵參數對拉拔性能的影響規律。
硅鋼片的質量，搭接縫隙的邊緣磁密，疊片上的壓縮應力，環流
各向異性鐵芯損耗模型
變壓器短路電動力計算
? 使用 Maxwell 瞬態求解器的外部電路編輯器，在指定時刻用開關將短路施加到任意繞組上
? 可應用于復雜的繞組連接方式，例如移相變壓器
? 繞組導體上的力密度圖（N/m3）
? 可以計算每根導體的軸向力和徑向力
? 可以考慮線圈的環向應力
LS-DYNA的三維巖石爆破裂紋擴展模擬
https://www.yqgqt.org.cn/video/c16687
否
（SCI復現）LS-DYNA地應力掏槽爆破
https://www.yqgqt.org.cn/video/c17174
否
（SCI）LS-DYNA環向應力和徑向應力云圖及單元曲線獲取方法
圖3 管道模型建立
2.1 內壓作用下的復雜應力
將輸油氣管道在介質內壓荷載作用下各個方向上的復雜應力進行分解，根據管道應力分析理論，當管道受內壓荷載作用時，在輸油氣管道環向產生的應力為：
式中：σn為輸油氣管道環向產生的應力，MPa;P為管道受內壓荷載，MPa;D為輸油氣管道外徑，mm;t為管道壁厚，mm。
隨著環向角的增加，COPV 的切向環向應力阻力增加，因此爆破壓力增加，這是合理的。
外壓容器的失穩
圓筒受到外壓作用后，在筒壁內將產生徑向和環向應力，其值與內壓圓筒一樣。它的強度破壞形式也一樣。但外壓圓筒壁內的壓縮應力經常是當其數值還遠遠低于材料的屈服極限時，筒體就已經被壓癟或發生皺褶，在一瞬間失去自身原來的形狀。
圓筒按失穩形式可進行如下分類：整體失穩和局部失穩。其中整體失穩根據方向性又分為側向失穩和軸向失穩。
材料參數如下：
相互作用設置如下：
邊界條件設置如下：
網格劃分如下：
三、計算結果
接觸應力分布
2.環向應力分布
3.環向塑性應變
4.部分擴展管道的壁厚減小
四、結論
襯管和鑄件之間發生了較大的接觸應力
環向應力分布在直徑突變處發生了應力集中，最大值為1088Mpa
環向直徑減小處發生了較大的環向應變
7、螺絲頭的類型對過孔強度的影響
常用的螺絲頭類型如下：
a、沉頭螺絲一般用于由于空間不足，而又必須把螺絲頭沉到塑膠面下的情況，但是，從下左圖中可以看出，由于產生的環向應力F，應力F的側向分量可能導致沉孔附近開裂；
b、常規設計還是以下右圖中的沉孔形式，以適應盤頭、圓柱頭或其他平底的螺絲，這種螺絲頭僅在軸向上施加力，因此主要在壓縮下運行，施加的力矢量沒有側向分量
