梁弯曲工况理论计算与仿真 应力奇异点

1 概述

    通过基本的梁弯曲工况仿真，可以比较仿真结果和解析解的异同点，加深对仿真理论的理解。通过本篇文章，可以达到如下目标。（本文章只供学习参考交流使用，如果涉及软件版权问题，请联系作者删除）

• 掌握ansys_mechanical的基本操作（spacclaim、workbench、mechanical边界条件设置与后处理）、beam单元的抽取

• 理解梁单元与实体网格在实际工况的差异

• 初步了解应力奇异点与解决方案

2 基本工况

2.1 理论计算

经典的悬臂梁结构，通过材料力学的知识，可以计算最大弯曲应力为27.7777Mpa，详细过程如下图。

σ=M*y/I

M=FL=10*100=1E3

I=BH^3/12=6^4/12=108

σ=27.7777Mpa

2.2 梁单元仿真计算

2.2.1 workbench体系搭建

2.2.2 spaceclaim创建几何结构与抽取beam单元

2.2.3 mechanical打开，边界条件与材料设置

仿真求解结果显示，最大弯曲应力为27.78Mpa，和理论一致。

2.3 solid单元仿真求解

实体单元全局网格尺寸设置为3mm，求解等效应力为28.137Mpa，和理论计算接近。（梁单元受力，弯曲正应力是主要应力贡献，可以一定程度等效。（实际应该为弯曲正应力，请大神指导如何后处理显示）。

加密网格后（0.5mm网格），最大应力集中到了角点为37Mpa，应力没有随着网格加密收敛，说明出现了应力奇异点，结果不可信。

2.4 应力奇异点解决方案

经过验证，边界条件改为远程位移（行为设置为柔性），应力均匀分布，最大为29Mpa，可以解决应力奇异点。

3 小结

• 梁单元仿真结算的结果和理论计算最接近，梁单元和理论计算都是理想化的计算

• 网格加密，在有些工况下反而会导致应力奇异点出现，实际仿真时，对于局部应力大的位置，要分析应力奇异点的可能性

• 通过远程位移约束，可以在一定程度上解决应力奇异点现象

• 应力奇异点产生的原因和处理措施，请各位大神补充？