在 ANSYS Workbench 中,“应力”(Stress)是结构力学分析中最核心的结果,它对应物体内部因外力、约束或温度变化等因素产生的内力分布强度,具体反映了材料抵抗破坏变形的程度。
1. 应力的物理本质
从力学角度,应力是物体内部某一点处 “内力” 与 “受力面积” 的比值,数学表达式为:
σ = F / A(σ 为应力,F 为内力,A 为受力面积)
• 当物体受到外部载荷(如拉力、压力、扭矩等)或约束限制时,内部会产生抵抗变形的内力,应力就是这种内力在微观层面的 “强度体现”。
• 例如:一根钢杆受拉力时,内部原子间会产生吸引力抵抗拉伸,应力越大,意味着原子间的 “拉扯力度” 越强。
2. Workbench 中应力的具体类型及对应场景
ANSYS Workbench 会根据分析类型(如静力学、动力学等)计算多种应力分量,不同类型对应不同的受力状态:
应力类型 | 物理意义 | 典型场景 |
正应力(Normal Stress) | 垂直于截面的应力,分为拉应力(+)和压应力(-) | 梁的弯曲(上下表面分别受拉 / 压)、轴向拉伸 / 压缩 |
切应力(Shear Stress) | 平行于截面的应力,导致材料 “错动” | 螺栓受剪、轴的扭转(横截面产生切应力) |
等效应力(Equivalent Stress,如 von Mises) | 综合正应力和切应力的 “等效强度指标”,用于判断材料是否屈服 | 大多数结构设计(如机械零件、建筑构件)的强度校核 |
主应力(Principal Stress) | 某一方向上只有正应力、无切应力的应力状态,反映最大 / 最小受力方向 | 复杂载荷下的应力分析(如压力容器、三维结构) |
3.workbench中意义表达
在计算完毕一个结构分析后查看应力是最主要的结果,其分类如图所示,其表达的意思是什么?
其对应的应力结果如下:
1.Equivalent von-mises米塞斯应力,第四强度理论的应力
2.Maximum principal最大主应力,s1
3. Middle principal中间主应力,s2
4.Minimum principal最小主应力,s3
5.Maximum shear最大剪切应力,(s1-s2)/2
6.Intensity 应力强度(第三强度准则)(s1-s3)/2
8.Normal法向应力 SX-SY-SZ
9.Shear剪切应力 SXY=SYX
4. 应力结果的意义
在 Workbench 中查看应力结果,核心目的是判断结构是否满足强度要求:
• 若计算出的应力(尤其是等效应力)小于材料的 “屈服强度” 或 “许用应力”,则结构安全;
• 若应力超过材料强度极限,可能发生塑性变形甚至断裂,需优化结构
5. 注意:应力与应变、位移的区别
• 应力:反映内力强度(单位:Pa,MPa 等),是 “力的密集程度”;
• 应变:反映变形程度(无量纲,如伸长率),是 “变形的比例”;
• 位移:反映位置变化(单位:m,mm 等),是 “实际移动距离”。
6.总结
ANSYS Workbench 中的应力,本质是物体内部抵抗变形的强度,不同类型的应力对应不同受力状态,其结果直接用于判断结构是否安全、是否需要优化,是结构力学分析的核心指标。
材料力学中详细列出了四种强度理论,那么在workbench中如何将四种强度理论对应展示出来呢?参考下一篇文章《workbench中的应力如何对应四种强度理论?》
附件为悬臂梁的案例供参考