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扭转工况的翘曲自由度你考虑了吗?为什么没考虑也行?

5天前浏览19

材料力学篇幅研究    

    昨天笔者强调,结构仿真最重要的力学基础是材料力学。今天梳理下材料力学的主要内容:    
材料力学 第6版 刘鸿文
2017版
       
材料力学 第6版 孙训方
2019版
拉压剪篇幅:43页
扭转篇幅:30页
弯曲篇幅:88页
强度理论:44页
拉压剪篇幅:43页
扭转篇幅:34页
弯曲篇幅:86页
强度理论:41页


    由此,可以得出两个结论:    

1)两本书各主题篇幅接近;

2)弯曲变形(工况)最重要

被忽视的翘曲变形

    纵览各类结构仿真资料,梁杆横截面的翘曲变形很少被提及。对于BEAM188梁单元,可以设置翘曲自由度是否考虑。

   

    用实体单元模拟梁杆,截面翘曲是考虑在内的。

扭转案例实战

    H型钢实体模型如下图所示,左端面固定约束,右端面施加扭矩。由材料力学基本知识可知,该场景为约束扭转变形(工况),或称为弯曲扭转变形(工况)。

   

    分别查看跨中截面的最大剪切应力纵向正应力等效应力查看跨中截面的纵向变形

   H型钢梁模型如下图所示,左端面固定约束,右端面施加扭矩。

   
    基于Workbench的默认设置进行分析,查看跨中截面的最大剪切应力纵向正应力等效应力查看跨中截面的纵向变形    


    插入APDL,打开梁单元翘曲自由度:

    查看跨中截面的最大剪切应力纵向正应力等效应力查看跨中截面的纵向变形    


    由上可得:    
    1)约束扭转产生翘曲正应力,默认梁单元不考虑翘曲自由度,所以无法计算翘曲正应力,计算的切应力也不完整;    
    2)考虑翘曲自由度的梁单元能计算翘曲正应力,也能计算更完整的切应力,但不能计算翘曲变形;    
    3)读者回想自己是不是经常忽略了翘曲自由度,但为什么没出什么大问题呢?这是因为,当我们使用梁单元时,应力更多来自弯曲工况,扭转工况贡献的应力较小,所以本文开篇就表明,在材料力学中,弯曲变形篇幅最大,当然也最重要。

    

来源:博集华仿

Workbench几何处理理论材料ANSYS
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首次发布时间:2025-11-08
最近编辑:5天前
博集华仿
硕士 致力于推广工程仿真技术
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