平面应力是指在材料平面内的力对材料的作用。在平面应力情况下,材料的厚度可以被忽略,只考虑材料平面内的力。平面应力有三个主要分量:
正应力(Normal Stress):垂直于某个平面的力对单位面积的作用。正应力可以分为拉应力(Tensile Stress)和压应力(Compressive Stress)。拉应力是指力作用于平面上的拉伸情况,压应力是指力作用于平面上的压缩情况。拉应力和压应力对材料产生不同的影响。
剪应力(Shear Stress):沿着平面方向的相对移动导致的切应力。剪应力是平行于力方向的力对单位面积的作用。
弯曲应力(Bending Stress):沿着曲线形状的材料产生的应力。通常由于外部载荷或力矩引起。
平面应力分析在工程设计和结构分析中起着重要作用。它可以用于计算材料的强度、刚度和稳定性,以确定材料是否满足设计要求。同时,平面应力也是研究材料疲劳、断裂、变形等问题的重要基础。下面建立一个简单的平面应力分析模型,从而理解平面应力的概念。
1. 在DM建立一个中间有孔的方板模型
在Geometry选择Property,在Analysis Type设置为2D;在Mechanical内的Geometry中,将2D Behavior设置为Plane Stress;在Surface Body内,Thickness默认定义为1mm,即完成平面应力模型的定义,拟在平板的左右两侧加载对称均匀载荷。
2.划分网格
此平面模型采用四边形网格,网格单元尺寸为1mm。
3.边界条件加载
分别选取左右边线施加载荷Pressure压力,大小均为-10MPa。采用这种加载方法,左右载荷必须一致,需要把Analysis Setting中的Weak Springle设置为On或Program Controlled。施加压力的方向通常与表面的法向一致,正值代表压缩,负值代表拉伸。
4.计算结果一
在Solution下选取变形和等效应力,进行Solve求解,得出计算结果。可以看到,最大变形为0.0032591mm,最大等效应力为66.012MPa。
5.比较Pressure压力和Force力载荷的区别
在项目图表界面建立一个新的静力学分析,并且与原有静力学分析的Engineering Data、Geometry、Model相关联。
进入Mechanical界面,分别选取左右边线施加载荷Force力,大小为300N,方向向外。采用这种加载方法,左右载荷必须大小一致,方向相反,同时要把Analysis Setting中的Weak Springle设置为On或Program Controlled。
7.计算结果二
在Solution下选取变形和等效应力,进行Solve求解,得出计算结果。可以看到,最大变形为0.0032591mm,最大等效应力为66.012MPa,与计算结果一一致。