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ANSYS workbench中的应力到底对应什么(一)

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         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?

图片1.png

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

附件

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瞬态动力学静力学Mechanical APDLMechanicalWorkbench
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-07-24
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范文哲
硕士 | 仿真工程师 专注于ANSYS workbench系列软件
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ANSYS Workbench在焊接仿真中应用技术分类

本文摘要(由AI生成):本文主要介绍了ANSYSWorkbench在焊接仿真中的应用技术分类。作者范文哲专注于ANSYS系列软件,根据个人经验总结了几种分析类型和要点,包括高斯移动热源直接加载到焊接位置表面、高斯移动热源加单元生死方法、移动热源和生死设置和控制热半径、高斯移动热源不同函数形式等。作者还介绍了各种方法的具体结果和适用情况,并给出了相应的示例。作者:范文哲焊接仿真主要考察的是移动的一个热源,随着时间在空间而不断的移动,热量加载到物体的表面来模拟焊接,结果查看的是随时间变化的温度,进一步查看的是由温度产生的应力,更进一步查看温度产生的残余应力。焊接仿真在实际使用中越来越多的得到了应用,一般关注的为焊接的温度和残余应力或者变形。根据目前关于焊接类型的仿真分析,结合个人经验,总结了以下几点分析类型和要点,包括不同类型的分析和部分路径相关的分析。作者专注于ANSYS系列软件,所以目前所有的分析都是采用ansys来完成的,而使用ansysworkbench越来越多,故以下分类的结果是在ansysworkbench中完成的。模拟焊接用的热源分为高斯热源、锥型热源、双椭球热源、圆柱热源等,本次主要考虑高斯热源的应用,而其他热源主要是模拟函数的不同所致,查找不同函数来替换即可。1.高斯移动热源直接加载到焊接位置表面这种方法是直接加载一个移动的热源,添加到平板,主要适用于平板大,焊料少,焊料的存在与否对整体温度影响不大,热源加载到平板的表面具体结果如下图所示,添加温度结果可以查看需要的结果。2.高斯移动热源加单元生死方法,热源载到焊接焊料的表面位置这种方法是将焊料逐渐的添加,并将温度加热点逐渐的移动,这种方法能够比较真实反映焊接过程中的温度分布情况,缺点就是计算时间慢,设置命令更加复杂具体结果如图所示,焊料采用生死单元技术,逐渐添加,逐渐生成需要的焊料和温度3.移动热源和生死设置和控制热半径这种控制半径的方法同上,主要控制热半径的方法是用于加热点不要过大,防止温度扩展过多,一般加热半径比较小的情况下不必过多考虑,具体结果如图所示,加热点的面积会更小一些4.高斯移动热源不同函数形式不图的函数主要应用于焊接的不同路径或者不同的速度,或者不同的焊接位置和多个热源的使用技术4.1双热源的使用和加载两个热源同时加载,具体结果如图所示双热源的平行加载结果如图所示,而实际当中有其他的曲线热源或者多个热源交叉的情况,交叉热源结果如图所示双热源的时间滞后效果表示为不同石刻加载不同的热源具体结果如图所示4.2抛物线移动热源的加载主要为加载的热源函数运动路径为曲线,抛物线,具体结果如图所示4.3螺旋线加载热源公式螺旋线可以参考之前的文章,具体结果如图所示4.4往复移动热源加载热源在往复移动,主要应用的热源往复移动很多次,可以模拟物体的往复摩擦或者增材制造中3D打印时候激光烧结的往复移动具体结果如图所示5.插件方式来模拟移动热源的焊接ANSYSWorkbench开发了act插件,专门模拟移动热源的一个操作,如下图所示,其中可以设置加载面、运动路径、移动速度和半径等参数,参考下图热源在焊接位置直线移动,到达位置之后冷却,获取温度,具体结果如图所示根据结果获取应力和变形结果,具体结果如下图所示作者:范文哲长期从事CAE仿真分析工作,专注于ANSYSWorkbench,熟悉ANSYS中的静态\瞬态状态下的结构、电磁、温升及耦合场模块仿真。

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