ANSYS静力学 裂纹钻孔止裂前后及不同钻孔直径下的应力分析

ansys后处理该看的那些应力昨天看文献和论坛(有一些是老帖)，发现一个问题，貌似有一些朋友在用ANSYS进行实体分析的时候，只是提供了各种各样的应力云图，有时说一说XYZ方向的应力，有时说等效应力、von misses应力……貌似语言说明部分也不是很明确。

这其实就是基础的材料力学问题，我来说说我的总结：什么时候可以查看某方向的应力应力的定义，没必要再重复了。

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。

回顾–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。

相关公式：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)。

Ansys 作业：裂纹钻孔止裂前后及不同钻孔直径下的应力分析裂纹钻孔止裂前后及不同钻孔直径下的应力分析目前钢结构广泛应用于桥梁、机械、工业和公共建筑，对其维护的重要性也显得越来越突出。

疲劳裂纹是一种钢结构常见的破坏形式，当发现钢结构构件中萌生了疲劳裂纹时，可以采用钻孔止裂技术,在裂纹尖端钻孔消除裂纹尖端的应力集中,从而延长钢结构构件的疲劳寿命,既确保了安全，又避免了不必要的损失。

而钻孔止裂技术的止裂效果取决于疲劳裂纹在止裂孔边的再生寿命,止裂孔直径的大小将直接影响疲劳裂纹的再生寿命，因此,对构件进行钻孔止裂分析十分重要。

一、创建有限元模型以钢板分析为例: 长100m 宽80m 厚0.002m裂纹区域坐标 (-40,0.01,0) (-40,0.01,0,) (-39.9,0,0)弹性模量泊松比建模时，只建立面，以矩形中心为坐标原点，厚度在中如下设置划分后的单元二、设定载荷并求解左上点、右下点固定段约束上下两边压强三、后处理模型1变形情况：Mises应力云图四、不同钻孔直径下的Mises应力云图1、直径0.002m2、直径0.004m3、直径0.006m4、直径0.008m五、数据分析：/减小，裂纹尖端的应力集中现象的得到改善。

本次模拟试验为验证性试验,实际应用中裂纹尖端钻孔可以降低应力集中现象，但改善情况一般在30%以内，本次模拟实验的到的应力改善情况偏大，应该是划分单元的粗细程度不同引起的。

3、纵向比较不同直径的钻孔可知：应力集中现象的最大的应力值随孔径的增大而减小。

但由实际可知，钻孔并非越大越好，故上述结论在一定范围内是成立的。

基于ANSYS Workbench的表面裂纹计算By Yan Fei本教程使用ANSYS Workbench17.0 进行试件表面裂纹的分析，求应力强度因子。

需要提前说明的是，本案例没有工程背景，仅为说明裂纹相的计算方法，因此参数取值比较随意，大量设置都采用了默认值。

1.背景知识传统的强度设计思想把材料视为无缺陷的均匀连续体，而实际工程构件中存在多种缺陷，断裂力学是从20实际50年代末期发展起来的一门弥补了传统强度设计思想严重不足的新的学科，是专门研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件作用下构件的强度、裂纹扩展趋势以及疲劳寿命的科学。

断裂力学是从构件内部具有初始缺陷这一实际情况出发，研究在外部荷载下的裂纹扩展规律，从而提出带裂纹构件的安全设计准则。

a 张开型裂纹b 滑开型裂纹c 撕开型裂纹图 1 裂纹的分类使用弹性力学方法可以求得，在裂纹尖端处的应力的解析解为无穷大，此时应力值已经失去意义，一般采用应力强度因子作为判断结构是否安全的指标。

目前的断裂力学研究主要集中在I型裂纹的开裂，数值计算工具也多集中在I型裂纹的计算上，因此以I型裂纹为例。

图2 裂纹尖端坐标系含有裂纹的无限大平板的I 型裂纹尖端附近的应力为：)(23cos 2sin 223sin 2sin 12cos 223sin 2sin 12cos 20ⅠⅠⅠr O r K rK rK xy y x +⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛−=θθπτθθθπσθθθπσ其中，K Ⅰ叫Ⅰ型裂纹的应力强度因子。

2. ANSYS Workbench 裂纹分析2.1. 分析模型的建立1 建立一个静力分析步，材料使用默认，需要说明的是，现有计算技术下，断裂力学计算一般都采用线弹性材料，考虑到断裂中塑性区一般都不大，线弹性的假设还是可以接受的。

图3 分析步设置2 建立几何模型，本案例使用spaceclaim 建立几何模型。

图4 试件平面图图5 试件立体图3 分网格，必须采用四面体网格。

基于ANSYS的开洞剪力墙受力性能研究摘要：剪力墙被广泛运用于高层建筑中，有着刚度大、承载能力高、抗侧力性能优良等诸多优点。

剪力墙上洞口的布置，会明显影响剪力墙的力学性能。

本文利用ANSYS有限元分析软件，对开设门洞及窗洞两者不同情况的剪力墙的受力性能进行了研究。

通过数值模拟的结果获得了剪力墙的破坏模式及荷载-位移曲线，得出以下结论：墙体洞口四周易产生应力集中现象及裂缝。

当墙体的开洞率相同时，洞口的开设位置影响剪力墙的刚度，底部开设门洞的剪力墙会更早出现裂缝，且刚度及开裂荷载均比开设窗洞时小，但两者最终破坏时的极限荷载相当。

另外，本文对如何判断错洞剪力墙及相关的避免和加强措施提出了合理的方法和建议。

关键词：ANSYS；开洞剪力墙；受力性能1引言剪力墙是利用建筑墙体布设的钢筋混凝土结构墙，承受着竖向荷载、风荷载及地震作用。

剪力墙的刚度大,抗震性能好，在水平荷载作用下侧向位移小，用钢量较省，因此常用在高层及超高层建筑结构体系中。

剪力墙一般沿建筑物通高设置，但因建筑使用功能及设备专业穿管的要求，剪力墙上常常会开设各种洞口。

研究表明，剪力墙上洞口的布置，会明显影响剪力墙的力学性能。

开设规则且上下对齐洞口的剪力墙传力简捷，受力明确，应力分布比较规则，受力钢筋容易布置且作用明确，并且与当前普遍应用程序的计算简图较为符合，因而设计计算结果安全可靠，经济指标较好[1]。

随着人们对建筑外观和使用功能的要求越来越高，因此常出现洞口上下不对齐的错洞剪力墙结构。

错洞剪力墙又能细分为一般错洞剪力墙、底部局部错洞墙和叠合错洞墙。

错洞剪力墙有着受力复杂，洞口四周易产生明显的应力集中形成脆性破坏，降低剪力墙的延性及抗震性能，钢筋作用得不到充分发挥等诸多危害，因此在设计中应尽量布置上下对齐的洞口，让墙肢连续不中断，即满足墙上可以有洞口，但洞口上方只有洞口而没有墙的情况[2]。

本文将利用ANSYS有限元分析软件，对不同开洞位置的剪力墙受力性能进行研究，找出错洞剪力墙结构设计的薄弱环节，并探讨如何识别错洞剪力墙及相关的避免和加强措施，对工作中如何进行剪力墙洞口设计提出合理建议。

题目：带孔平面钢板应力问题的静力分析结构图和计算参数：如下图所示，带圆孔的平面钢板，板厚0.01m，左端固定，右端作用50kpa 的均布荷载，试对其进行静力分析。

材料的弹性模量为210Gpa，泊松比为0.25，其尺寸的大小如图所标识。

ANSYS程序软件操作过程如下：1．设立工作目录、文件名、标题首先在硬盘上建立一个工作目录，例如D：\huwei，然后启动ANSYS程序软件，把ANSYS程序软件的工作目录改为在硬盘上已建立的工作目录，然后设立一个工作文件名,标题。

或者进入ANSYS程序软件之后，通过实用菜单中的File>ChangeDirectory>D:\>huwei, File>ChangeJobname>gangban>OK，File>Change Title>huwei>OK 如下图所示选择菜单Utility Menu>Plot>Replot 单击该按钮后，所命名的分析标题和工作文件名会出现在州ANSYS中。

2．选择分析类型选择菜单Main Menu>Preferences 在弹出的对话框中选择Structural这一项，单击OK。

如下图所示3.定义单元类型选择菜单Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 单击对话框中的Add按钮，弹出单元库对话框，在材料的单元库中选Plane82单元，即在左侧的窗口中选取Solid 单元，在右侧选择8节点的82单元，然后单击OK。

4.选择分析类型在上述单元类型定义完后，单击Element Type对话框中的Option，弹出对话框，在Element behavior中选择Plane strs w/ thk，在Extra Element output中，选择Nodal stress。

单击OK，最后单击close，关闭单元类型对话框。

ANSYS静力学分析APDL建模实例-应力集中————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：计算分析模型如图所示, 习题文件名: scf材料参数：E=205GPa, v = 0.3力载：4500N注意单位的一致性：使用N, mm, MPa单位制建模教程在ANSYS工作文件夹内新建“stress concentration factor”目录，以存放模型文件。

注意定期保存文件，注意不可误操作，一旦误操作，不可撤销。

1.1 进入ANSYS开始→程序→ANSYS 14.5→Mechanical APDL Product Launcher14.5→然后在弹出的启动界面输入相应的working directory及文件名scf如通过Mechanical APDL 14.5进入，则进入预设的working directoryworking directory必须设置在电脑最后一个分区（因为教学用电脑只有最后一个分区不受系统保护）至此ANSYS静力学分析模块启动，ANSYS在“stress concentration factor”目录下自动创建了.log、.err等必要的文件。

2.2设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK2.3选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4 node 182 →OK (back to Element Types window)→ Options… →select K3: Plane Strs w/thk →OK→Close (the Element Type window)2.4定义实常数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants →Add/Edit/Delete →Add →OK →THK 1.2 →OK2.5定义材料参数ANSYS Main Menu: Prepr ocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear →Elastic→Isotropic→input EX:205e3, PRXY:0.3→ OK2.6生成几何模型✓生成特征点（8个）ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS→依次输入四个点的坐标：input:1(0,0,0) ,2(75,0,0) ,3(75,4.5,0) ,4(120,4.5,0) ,5(120,19.5,0),6(75, 19.5,0) ,7(75, 24,0) ,8(0, 24,0)→Apply/OK（开始点Apply，最后一个点OK）Tips：如何用ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →On Working Plane →又该如何操作才能生成同样的点？？✓直线（8条）ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →Lines →Straight Lines→跳出对话框，用鼠标（左键）依次选择点1、2生成直线1，依次类推生成直线2-8。

基于ANSYS的挖转机工作装置静力学分析和模态分析刘泽鑫，管会生，赵晶石（西南交通大学机械学院，四川成都 610031）[摘要]本文运用SOLIDWORKS软件建立了挖装机工作装置的主要部件斗杆和动臂的三维模型，导入ANSYS软件对其进行了静力学分析和模态分析，得到了一典型工况下的应力分布及斗杆和动臂的固有频率及振型特征，为实际试验分析提供了一定的参考和依据。

[关键词]ansys，静力学分析，模态分析挖装机作为一种高效的隧道施工机械，最近在中国的运用逐渐增多，因而有必要对其进行研究。

跟挖掘机一样其工作装置（如图1挖装机工作装置结构）依然是研究的重点，静力学分析和模态分析又是工作装置动力学中不可缺少的二大方面。

故而本文对挖装机的动臂和斗杆这二个工作装置中较为重要的构件进行了静力学分析和模态分析。

挖装机工作装置的旋转不同于挖掘机的旋转方式，而是通过油缸拉动工作装置底座和回转前件来实现的。

限于篇幅，本文不对偏转工况进行求解分析。

图1 挖装机工作装置结构1-斗杆，2-回转前件，3-回转后件，4-动臂，5-底座，6-动臂油缸，7-接头油缸，8-斗杆回转油缸，9-斗杆油缸，10-铲斗，11-弯连杆，12-直连杆，13-铲斗油缸。

1. 载荷的确定要进行静力学分析就必须知道各构件之间及铰点上的力。

这里运用经典的理论力学进行求解。

1.1 计算工况的选择本文对德国Schaeff公司的ITC 312-H4挖装机进行实地测绘，运用三维建模软件solidworks进行建模。

为计算各点载荷和以后的静动力学分析提供信息。

由于挖装机工况很多，不仅有纵向的挖掘，还可以进行横向的角度摆动，因此限于篇幅而不能一一求解，现对一典型工况如图2（即动臂油缸6，接头油缸7，斗杆油缸9都处于收缩状态，通过铲斗油缸转动进行挖掘时的工况）进行求解。

图2 挖装机计算工矿1.2 油缸推力各个液压缸的受力取决于不同的工况，在工况（如图3）明确后，各液压缸的受力也就是一个确定的值。