Ansys后处理-如何看应力.doc

Ansys后处理-如何看应力
点击数：3091 更新时间：2012-4-20 16:29:47

SX:X-Component of
stress;SY:Y-Component of stress;SZ:Z-Component of
stress--X,Y,Z轴方向应力。
SXY:XY Shear stress;SYZ:YZ Shear
stress;SXZ:XZ Shear stress--X,Y,Z三个方向的剪应力。
S1:1st
Principal stress;S2:2st Principal stress;,S3:3st Principal
stress--第一、二、三主应力。区分:首先把一个微元看成是一个正方体,那么假设三个主应力分别是F1
F2
F3,那么如果三个力中哪个力最大,就是F1,也是最大主应力,也叫第一主应力,第二大的叫第二主应力,最小的叫第三主应力,因此,是根据大小来定的。
SINT:stress intensity--应力强度,是由第三强度理论得到的当量应力,其值为第一主应力减去第三主应力。
SEVQ:Von Mises是一种屈服准则,屈服准则的值我们通常叫等效应力。Ansys后处理中'Von
Mises Stress'我们习惯称Mises等效应力,它遵循材料力学第四强度理论(形状改变比能理论)。
我们分析后查看应力,目的就是在于确定该结构的承载能力是否足够。那么承载能力是如何定义的呢?比如混凝土、钢材,应该就是用万能压力机进行的单轴破坏试验吧。也就是说,我们在ANSYS计算中得到的应力,总是要和单轴破坏试验得到的结果进行比对的。所以,当有限元模型本身是一维或二维结构时,通过查看某一个方向,如plnsol,s,x等,是有意义的。但三维实体结构中,应力分布要复杂得多,不能仅用单一方向上的应力来代表结构此处的确切应力值——于是就出现了强度理论学说。
材料力学中的四种强度理论
1.第一强度理论:最大拉应力强度理论
该理论认为,材料破坏的主要因素是最大拉应力,无论何种状态,只要最大拉应力达到材料的单向拉伸断裂时的最大拉应力,则材料断裂。其中,某点的最大拉应力数值,就是其第一主应力数值。
2.第二强度理论:最大拉应变理论
该理论认为,引起材料破坏的主要因素,是最大拉应变。无论何种状态,只要最大拉应变达到材料拉伸断裂时的最大应变值,则材料断裂。此时,形式上将主应力的某一综合值与材料单向拉伸轴向拉压许用应力比较,这个综合值就是等效应力——equivalent
stress。
3.第三强度理论:最大切应力理论
该理论认为,引起材料屈服的主要因素是最大切应力,不论何种状态,只要最大切应力达到材料单向拉伸屈服时的最大切应力,则认为材料屈服。相关公式:
4.第四强度理论:畸变能理论
该理论认为,弹性体在外力作用下产生变形,荷载做功、弹性体变形储能,称之为应变能(分为畸变能和体积的改变能)。引起材料屈服的主要因素是畸变能密度,无论何种状态,只要畸变能密度达到材料单向拉伸屈服时的畸变能密度,材料就屈服。
ANSYS后处理中应力查看总结:
1.平面结构,查看某方向应力;
2.实体脆性结构,如混凝土、岩石、铸铁等,根据第一、第二强度理论,查看项目为第一主应力或等效应力;
3.塑形较强的实体结构,根据第三、第四强度理论,查看项目为应力强度(stress intensity)或Von
Misses应力。
总的来说,宗旨就是把各项分布的应力,换算成单向应力,与规范规定的容许应力进行比较。
后处理节点应力中x,y,z方向应力和第一、二、三主应力就不介绍了,stress
intensity(应力强度),是由第三强度理论得到的当量应力,其值为第一主应力减去第三主应力。Von
Mises是一种屈服准则,屈服准则的值我们通常叫等效应力。Ansys后处理中"Von Mis
后处理节点应力中x,y,z方向应力和第一、二、三主应力就不介绍了,stress
intensity(应力强度),是由第三强度理论得到的当量应力,其值为第一主应力减去第三主应力。Von
Mises是一种屈服准则,屈服准则的值我们通常叫等效应力。Ansys后处理中"Von Mises
Stress"我们习惯称Mises等效应力,它遵循材料力学第四强度理论(形状改变比能理论)。
第三强度理论认为最大剪应力是引起流动破坏的主要原因,如低碳钢拉伸时在与轴线成45度的截面上发生最大剪应力,材料沿着这个平面发生滑移,出现滑移线。这一理论比较好的解释了塑性材料出现塑性变形的现象。形式简单,但结果偏于安全。第四强度理论认为形状改变比能是引起材料流动破坏的主要原因。结果更符合实际。
一般脆性材料,铸铁、石料、混凝土,多用第一强度理论。考察绝对值最大的主应力。
一般材料在外力作用下产生塑性变形,以流动形式破坏时,应该采用第三或第四强度理论。压力容器上用第三强度理论(安全第一),其它多用第四强度理论。
第四强度理论应力,即Von
mises(范•米塞斯)等效应力作为衡量应力水平的主要指标。Von
mises应力是正应力和剪切应力的组合,常用来描绘联合作用的复杂应力状态。
von mises
stress的确是一种等效应力,它用应力等值线来表示模型内部的应力分布情况,它可以清晰描述出一种结果在整个模型中的变化,从而使分析人员可以快速的确定模型中的最危险区域。
von
Mises(冯米斯应力,应力云纹)。冯米斯应力图用于评价应力分布情况.catia自动生成的调色板,颜色从蓝到红,表示应力逐渐变大。当鼠标指向节点时,显示此节点的冯米斯应力值。
von
Mises屈服准则是von Mises于1913年提出了一个屈服准则。
它的内容是:当点应力状态的等效应力达到某一与应力状态无关的定值时,材料就屈服;
或者说材料处于塑性状态时,等效应力始终是一不变的定值。
等效σ=(1/2(σ1-σ2)^2+(σ2-σ3)^2+(σ3-σ1)^2)^(1/2)
参看《塑性成型力学》
von
mises应力就是一种当量应力,它是根据第四强度理论得到的当量应力。
von mises
stress 是综合的概念,考虑了第一第二第三主应力,可以用来对疲劳,破坏等的评价。
YIELDING
criterion (材料屈服标准)有基于stress analysis也有基于strain
analysis的。
von mises
stress(VMS)其实是一个STRESS yielding criterion.
我们认为对于某一材料来说,它都有一个yielding
stress, 这个yielding stress 对应于相应的屈服点(yielding
point).
当材料受到外力刺激,如果其内部某处应力(VMS)大于这个yielding
stress, 那么我们认为材料在此处有可能发生屈服。
在FEA中,VMS的计算是基于principal
stress的。
Von
Mises应力与Von
MIses屈服准则,用在各向同性材料中较常见,来自于应力张量第一不变量。如果生物力学计算中缺乏材料数据,以近似材料参数代替,这种情况下似乎用VON应力也是可以的。
vms是材料力学中的第四屈服理论,主要是对塑性材料的,考虑的主要是疲劳效应。最大应力,最大应变主要是针对脆性材料的。我印象中是这样的,可以看看材料力学中的四大强度理论。
屈服准则的概念
屈服准则
:
A.受力物体内质点处于单向应力状态时,只要单向应力大到材料的屈服点时,则该质点开始由弹性状态进入塑性状态,即处于屈服。
B.受力物体内质点处于多向应力状态时,必须同时考虑所有的应力分量。在一定的变形条件(变形温度、变形速度等)下,只有当各应力分量之间符合一定关系时,质点才开始进入塑性状态,这种关系称为屈服准则,也称塑性条件。它是描述受力物体中不同应力状态下的质点进入塑性状态并使塑性变形继续进行所必须遵守的力学条件,这种力学条件一般可表示为
f(σij) =
C
又称为屈服函数,式中 C
是与材料性质有关而与应力状态无关的常数,可通过试验求得。
屈服准则是求解塑性成形问题必要的补充方程。
由于一般脆性材料,铸铁、石料、混凝土,多用第一强度理论。考察绝对值最大的主应力。但是骨的受力比较复杂,如果只考察最大主应力显然不能真实反映骨骼在实际情况下的受力状况,所以综合考虑Mises
准则就是个很好的选择。
个人认为mises应力只是一个简单的判断,具体到行业中有各自的较细的判断准则,例如塑性加工中也是用mises应力做判断,但脆性材料就不同,可以选用最大主应力。mises应力大,只是代表该处的应力状态不够理想(多数情况是希望应力较小),往往是(注意是往往,不是一定)材料容易破坏的地方,也是材料变形较大的地方(fea中用peeq等效应变表示),因此常用来作为判断。从基本原理上讲是与有限元软件的程序、计算相关的,其变形是根据能量得到的,模拟出的应力状态是对能量的一种等效处理(过程很复杂),就是这样子。因此精确的材料参数和边界处理是有限元模拟的关键,任何模拟出来的结果都需要细致的分析,都值得怀疑:)
Von Mises
应力是基于剪切应变能的一种等效应力其值为(((a1-a2)^2+(a2-a3)^2+(a3-a1)^2)/2)^0.5
其中a1,a2,a3分别指第一、二、三主应力,^2表示平方,^0.5表示开方。
其大概的含义是当单元体的形状改变比能达到一定程度,材料开始屈服。
von
Mises于1913年提出了一个屈服准则,这个屈服准则被称为von
Mises屈服准则。它的内容是:当点应力状态的等效应力达到某一与应力状态无关的定值时,材料就屈服;或者说材料处于塑性状态时,等效应力始终是一不变的定值。
在弹塑性有限元计算中,屈服准则的数学描述是整个计算的核心。因此有人将等效应力叫
做von
Mises应力。因此大家在弹塑性力学的书里查不到von Mises应力的定义。我认为这
是有限元软件里的一种叫法。它等同于等效应力,又称应力强度。后面这两个概念在任何一本弹塑性力学的书里都可以查到。
后处理节点应力中x,y,z方向应力和第一、二、三主应力就不介绍了,stress
intensity(应力强度),是由第三强度理论得到的当量应力,其值为第一主应力减去第三主应力。Von
Mises是一种屈服准则,屈服准则的值我们通常叫等效应力。Ansys后处理中"Von Mises
Stress"我们习惯称Mises等效应力,它遵循材料力学第四强度理论(形状改变比能理论)。
第三强度理论认为最大剪应力是引起流动破坏的主要原因,如低碳钢拉伸时在与轴线成45度的截面上发生最大剪应力,材料沿着这个平面发生滑移,出现滑移线。这一理论比较好的解释了塑性材料出现塑性变形的现象。形式简单,但结果偏于安全。第四强度理论认为形状改变比能是引起材料流动破坏的主要原因。结果更符合实际。
一般脆性材料,铸铁、石料、混凝土,多用第一强度理论。考察绝对值最大的主应力。
一般材料在外力作用下产生塑性变形,以流动形式破坏时,应该采用第三或第四强度理论。压力容器上用第三强度理论(安全第一),其它多用第四强度理论。
后处理节点应力中x,y,z方向应力和第一、二、三主应力就不介绍了,stress
intensity(应力强度),是由第三强度理论得到的当量应力,其值为第一主应力减去第三主应力。Von
Mises是一种屈服准则,屈服准则的值我们通常叫等效应力。Ansys后处理中"Von Mises
Stress"我们习惯称Mises等效应力,它遵循材料力学第四强度理论(形状改变比能理论)。
第三强度理论认为最大剪应力是引起流动破坏的主要原因,如低碳钢拉伸时在与轴线成45度的截面上发生最大剪应力,材料沿着这个平面发生滑移,出现滑移线。这一理论比较好的解释了塑性材料出现塑性变形的现象。形式简单,但结果偏于安全。第四强度理论认为形状改变比能是引起材料流动破坏的主要原因。结果更符合实际。
一般脆性材料,铸铁、石料、混凝土,多用第一强度理论。考察绝对值最大的主应力。
一般材料在外力作用下产生塑性变形,以流动形式破坏时,应该采用第三或第四强度理论。压力容器上用第三强度理论(安全第一),其它多用第四强度理论。
第四强度理论应力,即Von
mises(范?米塞斯)等效应力作为衡量应力水平的主要指标。Von
mises应力是正应力和剪切应力的组合,常用来描绘联合作用的复杂应力状态。
von mises
stress的确是一种等效应力,它用应力等值线来表示模型内部的应力分布情况,它可以清晰描述出一种结果在整个模型中的变化,从而使分析人员可以快速的确定模型中的最危险区域。
它是根据第四强度理论计算的,因为它的计算公式是第四强度理论:第四强度理论--首先介绍一下形状改变比能,然后看看强度条件的推导。
物体在外力作用下会发生变形,这里所说的变形,既包括有体积改变也包括有形状改变。当物体因外力作用而产生弹性变形时,外力在相应的位移上就作了功,同时在物体内部也就积蓄了能量。例如钟表的发条(弹性体)被用力拧紧(发生变形),此外力所作的功就转变为发条所积蓄的能。在放松过程中,发条靠它所积蓄的能使齿轮系统和指针持续转动,这时发条又对外作了功。这种随着弹性体发生变形而积蓄在其内部的能量称为变形能。在单位变形体体积内所积蓄的变形能称为变形比能。
由于物体在外力作用下所发生的弹性变形既包括物体的体积改变,也包括物体的形状改变,所以可推断,弹性体内所积蓄的变形比能也应该分成两部分:一部分是形状改变比能md
,一部分是体积改变比能mq 。它们的值可分别按下面的公式计算
md =
(1-62)
mq =
(1-63)
这两个公式表明,在复杂应力状态下,物体形状的改变及所积蓄的形状改变比能是和三个主应力的差值有关;而物体体积的改变及所积蓄的体积改变比能是和三个主应力的代数和有关。