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壳单元的应力结果

6月前浏览15018

本文摘要(由AI生成):

文章主要介绍了壳单元的应力分量及其含义。壳单元的应力分量包括S11、S22、S33、S12,它们都是基于壳单元的局部坐标系。局部坐标系的1方向是壳单元面上的切向,2方向是壳单元面上的轴向,3方向是壳单元面上的法向。在局部坐标系下,2、3方向和1、3方向没有切应力分量,因此只有S11、S22、S33、S12四个应力分量。文章还通过一个圆管拉伸的例子,说明了壳单元应力分量的含义和计算方法。


壳(shell)单元的应力分量包括 S11、S22、S33、S12 ,为什么没有 S13和 S23 ?

壳单元应力和应变分量的含义不同于实体单元。默认情况下,实体单元的应力和应变分量都是基于全局坐标系,而壳单元的应力和应变分量是基于壳本身的局部坐标系。

如果在定义截面属性时指定了壳单元的局部坐标系,则应力、应变和截面力分量的方向都是基于此局部坐标系。如果没有指定壳单元的局部坐标系,则采用默认的局部坐标系方向,其确定方法如下:

1)全局坐标系 x 方向在壳单元面上的投影作为局部坐标系的1方向。如果全局坐标系的 x 方向与壳单元面法线方向的夹角小于等于0.1°,则将全局坐标系的 z 方向在壳单元面上的投影作为局部坐标系的1方向。

2)局部坐标系的2方向与1方向夹角为90度,由右手螺旋法则确定:伸开右手,让四指的方向与壳单元节点编号顺序相同,大拇指的指向即为局部坐标系的3方向,局部坐标系的2方向也同时被确定。


提示:在 Visualization 功能模块中点击 (Plot Material Orientations on Deformed Shape)按钮,就可以查看壳单元局部坐标系的方向。


对于包含位移自由度的壳单元,各个应力分量的含义如下:

S11:局部坐标系下1方向的正应力;

S22:局部坐标系下2方向的正应力;

S33:局部坐标系下3方向的正应力;

S12:局部坐标系下1、2方向的切应力;

在局部坐标系下2、3方向和1、3方向没有切应力分量存在,因此在 Visualization 功能模块中,场变量的输出结果中只有 S11、S22、S33、S12 四个应力分量。

下面的例子可以帮助大家加深对壳单元应力分量的理解:圆管内径为5mm,厚度为0.1mm,两端施加100 N/mm2 的轴向拉伸载荷。为便于施加边界条件,根据模型的对称性对1/4圆管建模(如图1所示),在三条边上分别定义三个方向上的对称边界条件,载荷类型为 Shell edge load(单位长度上的载荷),大小为10 N/mm。壳单元类型为 S4。

全局坐标系如图1所示。根据前面介绍的规则,壳单元的局部坐标系为:

1方向:圆筒面的切向(全局坐标系的x 方向在壳单元面上的投影);

2方向:圆筒面的轴向;

3方向:圆筒面的法向。

在分析结果中,S22为100 N/mm2,S11、S33和S12都为0。此时圆管的受力状态与壳单元的厚度无关,属于弹性力学中的平面应力问题。

图2  1/4圆管例子

作者:曹金凤 仿真秀专栏作者


首发:力学与Abaqus仿真公 众号(ID:Mechanics_Abaqus)



Abaqus结构基础通用单元技术
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首次发布时间:2019-11-12
最近编辑:6月前
力学与Abaqus仿真
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