ANSYS后处理中的应力与屈服准则

ansys后处理该看的那些应力

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应力

材料发生形变时，内部产生了大小相等但方向相反的反作用力，抵抗外力把分布内力在一点的集度称为应力 (Stress)，应力与微面积的乘积即微内力或物体由于外因（受力、湿度变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。我们分析后查看应力，目的就是在于确定该结构的承载能力是否足够。那么承载能力是如何定义的呢？比如混凝土、钢材，应该就是用万能压力机进行的单轴破坏试验吧。也就是说，我们在ANSYS计算中得到的应力，总是要和单轴破坏试验得到的结果进行比对的。所以，当有限元模型本身是一维或二维结构时，通过查看某一个方向，如plnsol,s,x 等，是有意义的。但三维实体结构中，应力分布要复杂得多，不能仅用单一方向上的应力来代表结构此处的确切应力值——就出现了强度理论学说。

材料力学中的四种强度理论

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最大拉应力强度理论

该理论认为，材料破坏的主要因素是最大拉应力，无论何种状态，只要最大拉应力达到材料的单向拉伸断裂时的最大拉应力，则材料断裂。其中，某点的最大拉应力数值，就是其第一主应力数值。

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最大拉应变理论

该理论认为，引起材料破坏的主要因素，是最大拉应变。无论何种状态，只要最大拉应变达到材料拉伸断裂时的最大应变值，则材料断裂。此时，形式上将主应力的某一综合值与材料单向拉伸轴向拉压许用应力比较，这个综合值就是等效应力——equivalent stress。

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最大切应力理论

该理论认为，引起材料屈服的主要因素是最大切应力，不论何种状态，只要最大切应力达到材料单向拉伸屈服时的最大切应力，则认为材料屈服。

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畸变能理论

该理论认为，弹性体在外力作用下产生变形，荷载做功、弹性体变形储能，称之为应变能（分为畸变能和体积的改变能）。引起材料屈服的主要因素是畸变能密度，无论何种状态，只要畸变能密度达到材料单向拉伸屈服时的畸变能密度，材料就屈服。

对于各向同性材料的屈服准则

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屈雷斯加屈服准则

当材料中的最大剪应力达到某一临界值时，材料发生屈服。该临界值取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。因此，屈雷斯加屈服准则又被称为最大剪应力准则，表达式为

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米塞斯屈服准则

材料质点产生屈服的条件，是当其单位体积的弹性形状变化能达到某一临界值，该临界值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。因此，米塞斯屈服准则又称为弹性形状变化能准则，其表达式为

若用主应力表示为

ANSYS后处理中应力查看总结

• 平面结构，查看某方向应力；
  

  
  

• 实体脆性结构，如混凝土、岩石、铸铁等，根据第一、第二强度理论，查看项目为第一主应力或等效应力；

  
  

• 塑形较强的实体结构，根据第三、第四强度理论，查看项目为应力强度 (stress intensity) 或Von Misses应力；

  
  

• 总的来说，宗旨就是把各项分布的应力，换算成单向应力，与规范规定的容许应力进行比较；

  
  

• von Mises stresses在力学中是叫冯.米塞斯应力，在有限元分析中经常会出现von Mises seqv就是冯.米塞斯等效应力，这个要在《弹塑性力学》查看；

  
  

• von mises stresses叫做等效应力，与表面压力完全不是一个概念，同时等效应力是根据具体情况而定的，如果第一主应力影响最大，那么它几乎就等于第一主应力，如果生物材料中剪切应力最大，它就与剪切应力近似相等；

  
  

• von Mises stress是计算物体的畸变能。

应力可以分成两种，一个是改变大小的应力（Hydrostatic：东西置入静水压的情況），一个是改变形状的应力。而von Mises stress是属于第二种情形，有很多人会用Von Mises stress来分析结果，但前提是延性 (ductile) 材料（例如：韧带）才适合用Von Mises stress来分析。

mises stress实际上就是应力偏量的第二不变量 (J2)，应力偏量的表达形式更简洁。但这都不是重点，重点是它出现最常用的屈服准则中，原因是它形式简单，最容易放到计算中去，跟简单拉伸应力应变关系有直接的对照（在偏量表达式中，mises stress 和effective plastic strain 那些奇怪的2/3、3/2就是为了和简单拉伸关系对应）。在最常用的associate plasticity law中，屈服面的函数也就是势函数，所以mises stress在流动准则中也很重要。因此在很多以微裂纹，孔洞为基础的损伤力学中，它和静水压一起可以作为损伤的参数。

后处理节点应力中x、y、z方向应力和第一、二、三主应力就不介绍了，stress intensity（应力强度）是由第三强度理论得到的当量应力，其值为第一主应力减去第三主应力。Von Mises是一种屈服准则，屈服准则的值我们通常叫等效应力。Ansys后处理中"Von Mises Stress"我们习惯称Mises等效应力，它遵循材料力学第四强度理论（形状改变比能理论）。

第三强度理论认为最大剪应力是引起流动破坏的主要原因，如低碳钢拉伸时在与轴线成45度的截面上发生最大剪应力，材料沿着这个平面发生滑移，出现滑移线。这一理论比较好的解释了塑性材料出现塑性变形的现象，形式简单，但结果偏于安全。第四强度理论认为，形状改变比能是引起材料流动破坏的主要原因，结果更符合实际。

一般脆性材料，铸铁、石料、混凝土，多用第一强度理论。考察绝对值最大的主应力。一般材料在外力作用下产生塑性变形，以流动形式破坏时，应该采用第三或第四强度理论。压力容器上用第三强度理论（安全第一），其它多用第四强度理论。

文章来源：CAE爱联盟