殘余應力分析的案例
三維平板堆焊焊接及殘余應力分析
利用ANSYS經典進行三維平板堆焊焊接及殘余應力分析。
關鍵詞：焊接分析 高斯熱源 熱分析 移動熱源 殘余應力分析 ANSYS經典 焊接熔池
如果反響不錯，下次再出個WORKBENCH的版本和視頻
計算分析講解演示視頻：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10105
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基于ANSYS的多層堆疊模塊焊接殘余應力分析及選材優化
基于ANSYS的多層堆疊模塊焊接殘余應力分析及選材優化
張 彥，許 典，趙希芳
( 南京電子技術研究所，江蘇 南京 210039)
摘 要：分析了某多層堆疊模塊的焊接殘余應力，討論了各功能層不同選材、焊接順序對模塊殘余應力的影響，并給出了優化方案。利用ANSYS軟件進行有限元分析計算，采用ANAND本構模型描述焊錫的黏塑性行為，采用基于接觸的多點約束( Multi-point Constraint，MPC) 算法實現焊錫層與功能層的跨尺度自由度耦合。計算結果表明，焊接順序對模塊殘余應力影響較小，各功能層的選材需要綜合考慮模塊變形及應力安全裕度。剛度較大的底板層可以同時降低模塊變形和高溫共燒陶瓷( High Temperature Co-fired Ceram-ic，HTCC) 層應力。熱膨脹系數較小的蓋板層可以降低HTCC層應力，但會增大模塊整體變形。底板選用Al /SiCp( 65%) ，蓋板采用可伐合金，可以得到變形及應力安全裕度均滿足要求的方案。
展開 知識分享 | 測量殘余應力的方法
<p><strong><u>什么是殘余應力？</u></strong></p><p>殘余應力是指消除外力或不均勻的溫度場等作用后，仍留在物體內的自相平衡的內應力。殘余應力存在于所有的機械結構中，機械加工和強化工藝、不均勻塑性變形或相變等都可能引起殘余應力。</p><p>比如<strong>加工工藝</strong>：</p><ul><li>塑性變形或焊接</li><li>鑄造部件的非均勻冷卻</li><li>鍛造過程</li></ul><p>比如<strong>表面處理</strong>：：</p><ul><li>噴涂</li><li>表面硬化</li></ul><p>殘余應力與一般的機械應力一樣，對結構的強度起著同樣的作用。但和外部載荷引起的應力不同，其很難用計算方式來進行預測。因此，需要一個可靠的方法進行準確測量，并且需要最大程度地減小對測量表面的損傷。</p><p><br></p><p><strong><u>測量殘余應力的方法</u></strong></p><p>基于應變片常用的兩種的殘余應力測定方法是：環芯法和鉆孔法。兩種方法的共同特點是，在工件上安裝應變花后，通過鉆取或取芯的機械過程，殘余應力狀態將發生變化。在這一過程中，殘余應力得到釋放，通過應變花測得過程前后應變的變化情況，可以計算出殘余應力。</p><p><strong>環芯法：</strong>即在應變花周圍提取環形槽。用機械法開一個環形槽，局部分割、釋放殘余應力，在測試位置粘貼電阻應變片，測量轉子鍛件在軸向和周向釋放的應變值，根據力學原理推算工件的殘余應力。
展開 
ABAQUS 噴丸殘余應力分析 ￥10
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
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、掌握噴丸三維模型的繪制
2、掌握顯示動力學分析相關的材料參數設置
3、理解顯示動力學分析步的建立
4、學習噴丸強化分析的相互關系的設置
5、了解顯示動力學網格的劃分
6、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。
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ansys workbench材料退火殘余應力分析 ￥50
1. 模型
2. 結果
6110 曲軸殘余應力數值模擬及疲勞強度分析
6110 曲軸殘余應力數值模擬及疲勞強度分析------- 吉大碩士論文
軸疲勞.rar
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 溫度場傳遞的問題－－－焊接變形和殘余應力分析
我現在正在學習模擬焊接變形的問題，這幾天已經可以運用ABAQUS來實現溫度場，以及熱－應力耦合的分析了，但是在將溫度場傳遞的過程中發現了一個我不能實現的問題，我采取的方法是間接法，即先運用單元內部生熱實現熱源的移動來模擬溫度場，之后將溫度場模型copy成另外一個模型，增加材料屬性，并將單元類型改為熱－應力耦合單元，但是在運用predefined feild導入先前的溫度場的時候發現只能導入一個分析步中的溫度場。由于焊接是瞬態分析，而且是多分析步的，每個分析步都完成了一段焊接任務，運用此方法那就不能將焊接整個過程的每個瞬時溫度場導入到熱應力分析工作中，那這和現實焊接變形的狀況差別滿大的啊？不知道做這方面模擬的朋友們你們是怎么處理這個問題的？指點一下，謝謝先
展開 拉伸試驗CAE分析對比（涉及殘余應力映射、動態松弛） ￥15
本文主要講述：
1、拉伸試驗的CAE建模及分析，涉及樣片拉伸試驗仿真的約束和加載等；
2、通過關鍵字輸出拉伸試驗后樣片的殘余應力應變厚度變化等信息；
3、通過映射和動態松弛，將殘余應力應變引入試片拉伸分析，驗證加工硬化的影響。
拉伸試驗樣片基礎尺寸如下：
拉伸試驗CAE建模：
1、網格基本尺寸2mm，試片厚度1.2mm，材料B250P1。
2、左端對兩排單元的節點進行全約束（*BOUNDARY_SPC_option），右端對兩排單元的節點施加強迫運動（*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID）。
3、在試片中間建立彈簧單元來模擬標距，可以通過彈簧的變化量來計算應變。
工況一：加載端強迫位移15mm。
工況二：加載端強迫位移3mm，輸出dynain文件（包含殘余應力應變等）。
工況三：對拉伸試片映射工況二的殘余應力應變后，采用動態松弛，最后加載端強迫位移15mm。
以上僅作為學習研究的方法，涉及具體拉伸試驗對標等工作，需要做一定的調整。
展開 截面帶殘余應力和初始幾何缺陷的工字梁非線性屈曲分析
材料非線性行為：雙線性隨動強化BKIN，屈服強度460MPa
幾何非線性：長工字梁
其他:
1.采用梁單元beam188建模
2.各個梁截面初始含有初始殘余應力
加載示意圖：
梁單元初始殘余應力云圖：
梁單元等效應力云圖：
由此可見，結構發生屈服并不是因為達到材料的屈服極限，而是發生受壓失穩。
載荷和轉角曲線：
這類問題很多時候是采用的是殼單元建模分析，本文提供了一種新的思路，對于復雜模型，由于節點數目相比于殼單元要少很多，因此可以極大的提高求解的效率。
另外在提供一個新的思路，根據本模型的特點，其實也可以采用2D-3D擴展的方法。不過，這樣要花費比較大的計算資源。
過程如下：
1.首先采用平面應變單元，建立梁截面模型，然后采用施加截面的初始殘余應變。
2.將模型擴展到3D。輸出3d狀態下的初始殘余應力。
3.將上述模型拷貝兩份。其中一份用于得到殘余應力分布。另一份用于正常的特征值屈曲分析。
4.獲取特征值屈曲分析的變形作為初始幾何缺陷。
5.加入前面得到的初始殘余應力場載荷，進行非線性求解分析。
采用實體單元分析時，需要注意載荷的轉換。另外注意不要把初始應力場加到特征值分析時。
展開 
不銹鋼表面Fe-Al梯度涂層的ANSY殘余應力仿真分析
本案例講述的是在316L不銹鋼表面沉積Fe-Al功能涂層后，利用ansys仿真在Fe-Al涂層沉積完畢冷卻后在基體和圖層內部產生的殘余應力。
在這個案例里面，你將掌握軸對稱單元的應用、熱結構耦合方式的求解、瞬態分析的步長等基礎知識。
基體和圖層內部的殘余應力是由于溫度冷卻的不一致而引起的。屬于熱—結構耦合場問題。在ansys里面，求解耦合場問題，有兩種方式，一種是直接耦合，熱與結構耦合方程同時求解，要用到熱—結構耦合單元。另一種是間接求解方式，求解分兩步走，第一步求解溫度場，第二步在求解溫度場的基礎上根據熱膨脹系數求解應力場，分別用到熱單元和結構單元。本案例中采用間接求解的方式。
為了使求解問題簡單化，同時不偏離實際過程。考慮到降溫過程材料的非線性變化，對模型我們要做以下假設：（1）涂層在制備時溫度處于應力自由狀態（2）涂層在制備過程中不產生塑性變形或蠕變（3）不考慮材料相變引起的熱問題（4）假設涂層與基體、涂層與涂層之間不產生相對滑動。
模型為圓柱形，不銹鋼基體尺寸為φ25×0.8mm，涂層的厚度為2μm，涂層從下往上依次為Fe3Al、FeAl、Fe2Al5、FeAl3。采用軸對稱方式進行模型的建立，熱單元選用平面四節點單元plane55，網格的劃分采用映射網格劃分方式。在求解溫度場的分布之后，利用ETCHG,TTS命令轉化為結構求解，同時利用LDREAD,TEMP,,,t,
,'l','rth',' '讀入熱分析的計算結果，作為應力求解的載荷條件，熱應力的求解參考溫度為680℃。
以下是求解的分析結果。
圖1
圖2
圖3
圖（1）—（3）分別為基體與涂層右上角的出的等效應力、經向應力和軸向應力的分布圖。
展開 如何使用 COMSOL 模擬殘余應力
今天，我們將介紹結構力學中殘余應力的概念，并以金屬拉深工藝為例，了解如何計算殘余應力。我們以一個經過或未經過加工硬化的彎曲梁為例，先解釋如何計算和分析殘余應力，然后介紹一個鈑金成形模型。
什么是殘余應力？
殘余應力是指塑性結構卸載后仍然存在的自平衡應力。在機械零件的制造過程中，會引入殘余應力，并將影響零件的
疲勞
、失效甚至腐蝕行為。
實際上，不受控制的殘余應力可能會導致結構過早失效。盡管殘余應力可能會改變性能，甚至會導致制造的產品故障，但是一些應用實際上是需要它們的。例如，像智能手機屏幕的玻璃這樣的脆性材料，在制造過程中通常會在表面誘發壓縮殘余應力，以避免裂縫尖端的擴散。
因此，殘余應力在整個力學應用中發揮著重要作用。只有通過對這些應力進行定性和定量分析，才有可能確定最適合特定應用的加工工藝。這些分析還可以幫助探索用于產品可靠性的最佳材料用量或最合適形狀設計，以避免故障和失效。
純彎曲下的梁
以下圖中的細長梁為例來說明。這個梁的截面為矩形，深度為
，寬度為
。梁的左側被固定，并在自由端上施加一個彎矩。
計算殘余應力
根據梁理論，在這個示例中，彎矩是恒定的，應力可以寫為：
(1)
其中，
是關于 z 軸的慣性矩。
隨著
的增加，梁首先表現為彈性行為，但在達到它的屈服彎矩
后， 開始表現為塑性行為。由此產生了彈塑性截面。當塑性區擴展到整個橫截面時，就可以確定梁所能承受的極限彎矩
。本文，我們假設梁在這樣的時刻會坍塌，并具有完美的塑性行為。
梁的外層纖維將首先達到屈服點，而核心纖維則保持彈性。
展開 Workbench的焊接模擬過程（高斯移動熱源）
End of equation: Qm*exp(-3*({X}^2+({Y}-V*{TIME})^2)/R^2)
D,A1,TEMP,%GAOSI%
D,A2,TEMP,%GAOSI%瞬態熱分析設置完畢，然后就是求解，大概需要10分鐘。
不同時刻時的溫度場結果：
溫度分布
焊接溫度場的動畫：
溫度場動畫
然后把瞬態熱分析的結果轉化為瞬態結構分析，把溫度場作為焊接殘余應力分析的熱載荷。
在瞬態結構分析模塊里，設置好焊接約束條件，設置好時間和步長，讀取每一步溫度載荷作為熱載荷進行結構分析，要注意設置熱載荷讀取的時間和結構分析時間一致（默認條件下結構分析讀取熱分析的最后一步作為熱載荷）。
求解時間大概半個小時，不同時刻的應力場分布：
應力場
應力場的動態過程：
應力場動畫
不同時刻的焊接變形：
焊接變形
焊接變形的動態過程：
焊接變形動畫
展開 切削殘余應力輸出提取
請問有人可以做切削過后的殘余應力提取嗎？就是殘余應力沿深度方向的分布。
