ANSYS使用心得:BEAM188单元应力时程数据提取方法 - 小众知识

ANSYS使用心得:BEAM188单元应力时程数据提取方法

2013年01月27日 14:18:05 苏内容
  标签: ANSYS/BEAM
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之前采用BEAM4单元时,提取应力时程数据的指令如:

esol,2,2105,14517,s,eqv,dwq

但是这个方法对BEAM188单元行不通,提取后list显示为空,查阅了很多资料与ANSYS自带说明,发现是BEAM188单元无法直接提取等效应力EQV。查阅资料后总结如下:

(一)首先了解ANSYS后处理中应力类型

1. SX:X-Component of stress;SY:Y-Component of stress;SZ:Z-Component of stress

X,Y,Z轴方向应力(轴向力产生的应力与弯矩产生应力的组合叠加)

个人理解:对于BEAM188来说,由于其几何定义的关系(具体也不太明白),无论轴的实际方向为何,SX****方向对****BEAM188****来说显示的都是轴向应力,而****SY****、****SZ****无意义,所以BEAM188输出中只有一个SDIR(Axial direct stress),选择Y、Z方向轴向应力时也显示没有应力

2. SXY:XY Shear stress;SYZ:YZ Shear stress;SXZ:XZ  Shear stress

X,Y,Z三个方向的剪应力。

方向是这样确定的:第一个字母代表平面的法线方向,第二个字母代表在该平面内剪应力的方向,例如SXY,表示以X为法线的平面(YZ平面)上,Y方向的剪应力。

正号代表受拉应力,负号代表受压应力;剪应力的正负与材料力学定义的相反,当直角增大时为负,相反为正。

3. S1:1st Principal stress;S2:2st Principal stress;S3:3st Principal stress

第一、二、三主应力。

区分:首先把一个微元看成是一个正方体,那么假设三个主应力分别是F1,F2,F3,那么如果三个力中哪个力最大,就是F1,也是最大主应力,也叫第一主应力,第二大的叫第二主应力,最小的叫第三主应力,因此主应力是根据大小来定的。

4. SINT: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。

5. SEVQ: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,钢材等塑性材料遵循第四强度理论,结果更符合实际。

一般材料在外力作用下产生塑性变形,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。

等效应力求法:

以下主要针对钢结构。简单来讲,Mises应力(σzs)是一种折算应力,折算依据为能量强度理论,即第四强度理论。Mises应力的提出主要是作为材料(钢材)处于复杂应力状况时判定材料是否进入塑性的一个综合指标,即σzs<fy时钢材处于弹性阶段,σzs≥fy时钢材处于塑性阶段,其中fy为钢材在单向应力时的屈服点。

①在三向应力(立体应力)作用下,σzs可按下式计算:

式中变量为主应力和剪应力

②对于二向应力(平面应力)状况,σzs可按下式计算:

③在一般梁中,可简化成如下:

④在纯剪时,σ=0,则得:

即剪应力达到钢材屈服点fy的0.58倍时,钢材将进入塑性状态。所以钢材的抗剪屈服点为抗拉屈服点的0.58倍(详见钢结构设计规范给出的材料强度)。

(二)BEAM188提取应力类型

BEAM188主要提取五种应力,轴向应力(X方向)与Y、Z正负向的弯曲应力。

查了一些资料,都说对于Beam188Beam189单元不能直接提取mises应力,因为没有对应的单元表,对于它们的应力只能通过用单元表提取的内力计算得到。网友给出公式如下:

BENDING STRESS(弯曲应力)=1/2(SBYT+SBYB)

SMAX(最大应力)=SDIR(轴向应力) + BENDING STRESS(弯曲应力)

SMIN (最小应力)=SDIR(轴向应力) - BENDING STRESS(弯曲应力)

正确性有待考证。

另外我发现,在Element Solu中von Mises应力却是可以显示云图的,不像BEAM4那样提取出来就是一个值,这也可能是BEAM188单元的von Mises应力只不能提取时程数据的原因?

(三)最终解决方法

最后参考某论坛上的一篇帖子,得到如下方法:

ESOL,2,2915,102,**SMISC,31**,S_axial        !提取的是SDIR,轴向力

将原来的S改为SMIC,后面编号为SDIR的Sequence Numbers。

HELP中说明如下:

Two methods of data access are available via the ESOL command. You can access some simply by using a generic label(component name method),while others require a label and number(sequence number method)**.

Use the component name method to access general element data (that is,element data generally available to most element types or groups of elementtypes).

The sequence number method is required for data that is not averaged(such as pressures at nodes and temperatures at integration points), or datathat is not easily described in a generic fashion (such as all derived data forstructural line elements and contact elements, all derived data for thermalline elements, and layer data for layered elements).

也就是说,ESOL提取的有两种数据,一种是component name method,一种是sequence number method,BEAM188的应力时程数据属于后者。

虽然仍旧没找到求解等效应力的有效方法,但是在我的模型中查看轴向应力和von Mises应力时发现,两者最大值基本相同,为了数据处理的简便最后就提取轴向应力来进行计算了。

最后分享一个GUI操作的例子,大概就是ESOL指令的GUI操作,链接:http://htbbzzg.lofter.com/post/1cc5a46e_4ab296f

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