等效应力-应变理论与仿真实际结合
基于应力三轴度的高抗冲聚苯乙烯失效仿真研究
1 引言高抗冲聚苯乙烯（HIPS 塑料），是一种将少量聚丁二烯接枝到聚苯乙烯基体上，具有海岛结构的热塑性材料。
除了具有通用聚苯乙烯的尺寸稳定性、易加工等特点，HIPS 塑料还具有更高的冲击强度和刚性、更低的成本等优异性能。
目前，在家电行业，尤其是空调领域，为了合理地控制成本，很多厂家纷纷推出以HIPS 塑料作为主要材料的产品。
但是由于HIPS 塑料和传统的ABS 塑料相比，抗冲击强度较低，这对空调在恶劣物流运输条件下的抗跌落性能提出了更大的挑战[1]。
利用有限元软件对产品进行跌落仿真分析是各大企业的一贯做法，而准确的材料本构模型及材料参数对仿真结果有很大的影响[2]。
因此，在进行跌落仿真前，企业更有必要对这类新材料进行深入研究。
这类新兴材料的参数缺失，也是目前空调领域仿真技术的共性问题。
家电产品进行包装跌落实验时，会根据产品重量不同而采用不同的跌落高度，一般在0.2m 〜4m 之间，材料承受的应变率最大可达500s-1[3]。
塑料是一类应变率敏感的材料，在不同的应变率下会呈现不同的材料性能。
因此，仅采用在准静态条件下得出的材料力学参数去模拟高速碰撞下的力学行为，仿真结果往往和实际情况有较大的偏差。
业内通常采用高速拉伸机等对材料进行动态拉伸，获取不同应变率下的材料参数。
彭浩轩等对PC/ABS 合金进行了应变率从0.002s -1到130s -1的拉伸试验，发现材料的屈服应力和流动应力均随应变率的上升而增大，并阐述了利用Johnson-Cook 模型拟合材料动态本构模型的方法[4]。
王立新等对某车用热成型钢板进行准静态和高速拉伸实验，利用Swift-Hocketty-Sherby 本构模型对不同应变率的曲线外推拟合，结合动态落锤撕裂和压溃试验方法，验证了本构模型的准确性[5]。
对于材料失效问题，常用的断裂准则是基于单轴拉伸的基于应力三轴度的高抗冲聚苯乙烯失效仿真研究黄小伟 白韦韡（宁波奥克斯电气股份有限公司，315100）常应变失效来判定，往往导致错误的预测结果。
某型号汽车波纹管液压胀形工艺参数优化研究
精 密 成 形 工 程第14卷 第2期14 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2022年2月收稿日期：2021-07-05基金项目：长丰县-合肥工业大学创新引导资金重点项目（JZ2020YDZJ0121） 作者简介：刘蕾（1996—），女，硕士生，主要研究方向为精密塑性成形工艺与仿真。
通讯作者：李萍（1973—），女，博士，教授，主要研究方向为精密塑性成形工艺与仿真。
某型号汽车波纹管液压胀形工艺参数优化研究刘蕾，周金朝，郭远东，刘超，李萍（合肥工业大学 材料科学与工程学院，合肥 230009）摘要：目的 探究波纹管液压胀形成形技术及液压成形过程，优化波纹管成形效果和减薄率。
方法 基于正交试验方案，利用有限元技术对成形过程进行数值模拟分析，研究成形内压、轴向进给路径以及保压力对成形效果和减薄率的影响。
结果 综合考虑成形高度、减薄率2个指标，得到的较优工艺参数为成形内压为2 MPa ，保压力为1.25 MPa ，轴向进给路径为在前0.1 s 进给5 mm 、后0.9 s 匀速进给至模具闭合，此时成形高度为12.01 mm ，减薄率为9.9%。
结论 通过正交试验设计分析，轴向进给路径既是成形高度的显著性影响因素，又是减薄率的显著性影响因素；同时，单独优化一个指标（成形高度、减薄率）时，另一个指标性能会下降，根据正交试验优化结果选取最优参数组合进行模拟验证，得到的试验结果其综合成形质量较高。
关键词：液压成形；正交试验；波纹管；有限元分析DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.02.003中图分类号：TG376 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)02-0014-08Optimization of Hydraulic Bulging Process Parameters of a Certain Typeof Automobile BellowsLIU Lei , ZHOU Jin-zhao , GUO Yuan-dong , LIU Chao , LI Ping(School of Materials Science and Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)ABSTRACT: The work aims to investigate the hydraulic expansion forming technology and hydraulic forming process of bel-lows, so as to optimize the forming effect and thinning rate of bellows. The effects of forming internal pressure, axial feed path and holding pressure on forming quality and thinning rate were studied by numerical simulation of the forming process with fi-nite element technology based on an orthogonal test plan. Taking into account the two indicators of forming height and thinning rate, the optimum process parameters were obtained with an internal forming pressure of 2 MPa, a holding pressure of 1.25 MPa, an axial feed path of 5 mm in the first 0.1 s and a uniform feed in the second 0.9 s until the mould closed, at which time the forming height was 12.01 mm and the thinning rate was 9.9%. The orthogonal test design analysis shows that the axial feed path is a significant influence factor on both the forming height and the thinning rate; at the same time, when optimizing one index (forming height, thinning rate) alone, the performance of the other index decreases. The optimal combination of parameters is selected for simulation verification based on the orthogonal test optimization results, and the test results obtained are of high comprehensive forming quality.KEY WORDS: hydroforming; orthogonal test; bellows; finite element analysis. All Rights Reserved.第14卷第2期刘蕾等：某型号汽车波纹管液压胀形工艺参数优化研究15金属波纹管是一种具有波纹结构的圆柱形薄壁结构，在轴向、径向等方向变形的情况下具有很高的柔性，此外，它还具有优良的膨胀吸收和机械运动补偿性能。
静强度仿真计算中车体结构不连续部位高应力的修正
静强度仿真计算中车体结构不连续部位高应力的修正参照AAR标准的规定，对我国铁路罐车车体结构不连续部位由于采用线性算法造成高出材料屈服强度的应力，借鉴Neuber法则等效应力曲线进行修正，并采用修正后的应力对车体结构强度进行评价，使车体结构强度评价更合理。
标签：结构不连续；Neuber法则等效应力曲线；应力修正；评价1 问题的提出铁路货车车体静强度仿真计算一般采用线性算法，对超出材料屈服强度的应力仍按材料的弹性模量进行计算，没有考虑材料非线性的影响，这样会导致车体结构不连续部位在载荷作用下出现很高的应力，远超出材料的许用应力，但这样的应力是不真实的，在现实结构中不会出现，对于这种由于计算方法的局限而造成的高应力到底应该如何进行评价，给我们提出了一个问题。
2 国内外的相关规定2.1 国内的处理方法目前国内铁路货车车体静强度计算及试验标准没有对上述问题给出明确的说法，各公司对该问题的一般做法是对车体结构不连续部位出现超出标准规定许用应力的情况，通过不断优化结构来降低这些部位的应力，直至计算出来的应力达到标准规定的要求。
在我公司80t级轻粘油铁路罐车设计过程中，车体静强度仿真计算出牵引梁立焊缝起始处应力比较大，超出了TB/T1335-1996的要求，为此我们对该部位结构优化进行了大量的工作，最后确定采用在该部位增加两个圆弧形的连接板，连接板分别与枕梁腹板、牵引梁腹板焊接在一起，优化后的结构计算应力满足TB/T1335-1996的要求。
2.2 AAR标准中的规定AAR标准（2007版）CⅡ分册第7章7.7.7.4中指出，由于车体中必然包括结构非常不连续部位，这些部位在载荷的作用下可能会出现局部的材料屈服，在线性有限元分析中没有包括这些部位实际结构中会发生的材料屈服的影响，因此会计算出非常高的应力，但在实际结构中并没有发生很高的应力集中，输出这些高的计算应力是不真实的，因为它们是受分析方法限制的结果而不是结构本身引起的，可以用Neuber法则（《用任意非线性应力-应变法则的剪应变柱体的应力集中理论》做一个真实应力的估算。
TC18钛合金变形本构关系及其热轧过程有限元仿真的应用
TC18钛合金变形本构关系及其热轧过程有限元仿真的应用王新平;李礼;张晓泳;周科朝;李超【摘要】Based on thermal simulation a Arrhenius type constitutive relationship of TC18 titanium alloy was applied to the finite element simulation of multi-lane hot rolling. The field of temperature, stress−strain and damage and the load−time status at every lane were investigated to predict the rolling size and the specification of rolling mill. The error in spreading width and rolling length between simulating and experimental results are less than 0.7%and 4%at each lane, respectively. Crack occurs at 1 mm edge of the workpiece after four-lane hot rolling experiment, which is in accordance with the damage field obtained from simulation. The above verification shows that the simulation are coincident with the experimental results.% 基于热模拟试验，构建TC18合金的Arrhenius型材料本构关系，并将其应用于TC18板坯多道次轧制工艺的有限元仿真，获得各道次轧制过程中的轧件温度场、等效应力−应变场、损伤场等分布情况以及载荷−轧制时间状态，进而为轧件尺寸预测以及轧机规格的选取提供指导.轧件每道次仿真所得尺寸与具体试验所得尺寸比较可知，宽展误差不超过0.7%，长度误差不超过4%.经四道次热轧试验后，在轧件边缘1 mm区域出现了裂纹，与仿真所得损伤场分布一致.上述验证表明仿真结果能够与热轧试验较好吻合.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】10页(P379-388)【关键词】TC18钛合金;热轧;本构关系;有限元【作者】王新平;李礼;张晓泳;周科朝;李超【作者单位】中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TG113;TG146钛合金板材已被广泛应用于航空航天、航海、冶金、化工、医疗以及体育休闲等领域，其使用量占钛材总产量的 50%以上[1−3]。
第十一章-应力和应变理论
足齐次线性方程组式旳系数构成旳行列式等于零旳条件，即
展开行列式，整顿后得 令
上式可写成
即应力状态特征方程
四、主应力、应力张量不变量和应力椭球面
2、应力张量不变量 对于一种拟定旳应力状态，主应力只有一组值， 即主应力具有单值性。由此，上式中旳系数J1、J2、J3 也应是单值旳， 而不随坐标系而变。由此得出主要结论：尽管应力张量旳各分量随坐 标而变，但构成旳函数值是不变旳，所以将J1、J2、J3 称为应力张量 第一、第二、第三不变量。 假如取三个主方向为坐标轴，并用1、2、3 替代x, y, z，这时应力张量 可写为
表11-1 新旧坐标 系间旳方向余弦
三、张量和应力张量
设有某物理量P，它有关xi(i = 1,2,3) 旳空间坐标系存在9 个分量Pij (i, j = 1, 2,3) 。若将xi 空间坐标系旳坐标轴绕原点O 旋转一种角度，则得 到新旳空间坐标系xk (k = 1',2',3') ， 如图11-1 所示。新坐标系xk 旳坐 标轴有关原坐标系xi 旳方向余弦可记为lki 或llj (k, l = 1',2', 3'；i, j = 1,2,3）。因为cos(xk , xi ) = cos(xi, xk ) ，所以 lki = lik，llj = ljl。 物理量P 在新坐标系xk 旳九个分量为Pkl (k，l = 1',2',3') 。若这个物理 量P 在坐标系xi 中旳9 个分量Pij 与坐标系xk 中旳九个分量Pkl 之间存 在下列线性变换关系：
这个物理量被定义为张量，可用矩阵表达
Pij 所带旳下标数目是2 个，称为二阶张
等效应力-应变理论与仿真实际结合
1. ABAQUS 仿真结果应力说明：三维空间中任一点应力有6个分量yz xz xy z y ,,,σσσσσσ，，x ，ABAQUS 仿真结果默认查看到的是Mises 应力，空间的六个分量分别对应ABAQUS 结果中的S11，S22，S33，S12，S13，S23。
选用四面体单元和六面体单元，都可以测量出单元的S11，S22，S33，S12，S13，S23。
这里特别注明的是有限元中的网格单元与材料力学（弹性与塑性力学）中的单元是不一样的，没有联系，详细见下面有限单元法概念。
2. 有限单元法概念：实质上是把具有无限自由度的连续系统，近似等效为只有有限自由度的离散系统，使问题转化为适合数值求解的数学问题。
首先，把连续系统离散为数目有限的单元，单元之间仅有数目有限的指定点（称为节点）处相互连接，构成一个单元集合体以代替原来的连续系统。
把实际作用于结构上的载荷或边界条件向节点上移植，以和原载荷或边界条件等效。
然后，对每个单元采用分块近似的思想，选择一个插值函数建立待求节点位置与单元内部的关系，引入几何方程、物理方程等对每个单元的特性进行分析。
把所有单元的这种特性关系按一定条件（连续条件、变分原理或能量原理）集合起来，引入边界条件，构成一组以节点变量（位移、温度、电压等）为未知量的代数方程，求解方程组即可得到有限个节点处的待求变量。
3. ABAQUS 仿真结果中的网格单元应力补充说明：从自己做的仿真实验看，有六面体单元和四面体单元，测量出某一单元上的节点应力各个值都相等，各个面上的应力也相等。
所以根据以上分析和自我理解，网格单元是连续体的离散化，与材料力学中取出的微面单元不一样，这个网格单元好像就是一个点，既然是一个点，当然就没有面和其余更小的说法，所以各个节点上的力相等，各个面上的力相等。
一般情况下，通过该点的任意截面上有正应力及其剪应力作用。
但有一些特殊截面，在这些截面上仅有正应力作用，而无剪应力作用。
von mises 流动法则与二塑流
von mises 流动法则与二塑流全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：Von Mises 流动法则是一个在材料科学和力学领域广泛应用的原理，用于描述金属等材料在受到外力作用时的变形特性。
而二塑流则是一种基于Von Mises 流动法则的变形模型，用于描述金属在高应变速率条件下的流动行为。
Von Mises 流动法则最初由奥地利的工程师和数学家理查德·冯·米泽斯（Richard von Mises）在20世纪初提出。
该法则基于应力的平均值和剪切应力，而不考虑材料在不同方向上的强度差异。
根据Von Mises 流动法则，当材料达到一定应力水平时，就会开始发生塑性变形，这个应力水平被称为屈服应力。
Von Mises 流动法则可以用数学公式表示为：\[ \sigma_{eq} = \sqrt{\frac{3}{2} \left( \sigma_{1}-\sigma_{2} \right)^{2} + \left( \sigma_{2}-\sigma_{3} \right)^{2} +\left( \sigma_{3}-\sigma_{1} \right)^{2}} \]\( \sigma_{eq} \) 为等效应力，\( \sigma_{1} \)、\( \sigma_{2} \) 和\( \sigma_{3} \) 分别为材料在三个方向上的主应力。
基于Von Mises 流动法则，二塑流模型假设材料的屈服行为是由两个可变形的主应力平面决定的，这两个主应力平面在与主应力轴不平行的方向上发生滑移，从而导致材料的变形。
二塑流模型可以较好地描述金属在高速冲击或冲压等高变形速率条件下的行为，因为在这种情况下，应变速率较大，传统的Von Mises 流动法则可能无法准确描述材料的变形。
二塑流模型的数学表达形式可以表示为：\[ \dot{\epsilon} = A \cdot \sigma^{m} \cdot\overline{\dot{\epsilon}}^{k} \]Von Mises 流动法则和二塑流模型在工程设计和材料研究领域都具有重要的应用价值。
Deform模拟实验报告
第一章挤压模具尺寸及工艺参数的制定1.1实验任务已知：空心坯料Φ90×25mm，材料是黄铜（DIN－CuZn40Pb2），内径与挤压针直径相同。
所要完成成品管直径26mm，模孔工作带直径36mm，模孔出口带直径46mm。
完成如下操作：（1）根据所知参数设计挤压模具主要尺寸和相关工艺参数，并运用AUTOCAD(或Pro/E)绘制坯料挤压过程平面图。
（2）根据所绘出的平面图形，在三维空间绘出三维图。
并以STL格式分别输出各零件图形，并保存。
（3）运用DEFORM-3D模拟该三维造型，设置模拟参数，生成数据库，最终完成模拟过程。
1.2挤压温度的选取挤压温度对热加工状态的组织、性能的影响极大，挤压温度越高，制品晶粒越粗大，挤制品的抗拉强度、屈服强度和硬度的值下降，延伸率增大。
由于黄铜在730℃时塑性最高，而在挤压过程中由于变形、摩擦产热使配料温度升高，若把黄铜预热到730℃，坯料可能超过最佳塑性成型温度，所以选取坯料初始温度为500℃。
挤压筒、挤压模具也要预热，以防止过大的热传递导致金属温度分布不均，影响制品质量，预热温度与坯料温度不能相差太大，故选取为300℃。
挤压速度的选取挤压速度对制品组织与性能的影响，主要通过改变金属热平衡来实现。
挤压速度低，金属热量逸散较多，致使挤压制品尾部出现加工组织；挤压速度高，锭坯与工具内壁接触时间短，能量传递来不及，有可能形成变形区内的绝热挤压过程，使金属的速度越来越高，导致制品表面裂纹。
而且在保证产品质量和设备能量允许的前提下尽可能提高挤压速度。
根据挤压流程可计算得挤压比为λ=13，故挤压垫速度为为1.5 mm/s。
第二章工模具尺寸2.1挤压筒尺寸确定2.1.1考虑坯料挤压过程中的热膨胀，取挤压筒内径为mm；2.2.2挤压筒外径为，故挤压筒外径为mm；2.2.3挤压筒长度(2-1)式中：—锭坯最大长度，对重金属管材为；—锭坯穿孔时金属增加的长度；—模子进入挤压筒的深度；—挤压垫厚度。
数值模拟分析实例
华中科技大学体育馆数值模拟分析6.1分析模型的建立采用有限元软件ANSYS建立该网壳结构有限元分析模型。
整体屋盖结构共计1481个节点，4430个单元，16种截面类型。
建模时，网壳结构主体结构部分（包括主桁架、次桁架、水平支撑和檩条）采用ANSYS的LINK8杆单元建模，两侧翼的主梁、次梁和支承钢管柱均采用BEAM4梁单元，网壳结构屋面下部混凝土支承结构亦采用BEAM4梁单元。
分析时，屋面板、设备管线等荷载等效为节点荷载，施加在结构节点上。
在网壳结构有限元分析中，对于杆件采用的LINK8 3-D Spar单元为三维单元，假设材料为均质等直杆，且在轴向上施加载荷，可以承受单向的拉伸或者压缩，每个节点上具有三个自由度，即沿X、Y和Z坐标轴方向。
该单元具有塑性、蠕变、应力硬化和大变形等功能，能较好的模拟三维空间桁架单元。
对于两侧翼结构和下部支撑体系的柱、梁等结构采用的BEAM4单元是一个轴向拉压、扭转和弯曲单元，每个节点有三个平动自由度和三个转动自由度，具有应力刚化和大变形功能。
施工过程模拟分析时考虑时，同时考虑温度效应影响，计算时材料假定为理想弹塑性材料。
图6-1 有限元分析模型6.2分析工况选取按照实际施工顺序，将网壳结构屋盖施工过程划分为5个工况进行施工数值模拟，计算温度取为该阶段施工完成时的环境温度。
工况1: 7榀拱形主桁架安装完毕，但临时支撑未撤除，计算温度为温度15℃；（a）短轴立面（b）长轴立面图6-2 工况1中屋盖结构平面图图6-3 工况1中屋盖结构立面图工况2: 两侧翼结构安装完毕，完成后拆除其临时支撑，计算温度为8℃；（a）短轴立面（b）长轴立面图6-4 工况2中屋盖结构平面图图6-5 工况2中屋盖结构立面图工况3: 次桁架、水平支撑及楼梯安装完毕，临时支撑拆除，计算温度为29℃；（a）短轴立面（b）长轴立面图6-6 工况2中屋盖结构平面图图6-7 工况2中屋盖结构立面图工况4: 檩条及设备管线安装完毕，计算温度为41℃；（a）短轴立面（b）长轴立面图6-8 工况2中屋盖结构平面图图6-9 工况2中屋盖结构立面图工况5: 屋面板及保温层等安装完毕，计算温度为16℃。
材料力学实践教学中虚拟仿真技术的应用探讨
材料力学实践教学中虚拟仿真技术的应用探讨孙金超 赵庆娟*(桂林理工大学机械与控制工程学院 广西桂林 541010)摘要： 信息技术的迅速发展对教育教学领域产生了深远的影响。
在现代教育背景下虚拟仿真技术在实践教学中发挥着重要的作用。
通过创建真实感的学习环境，将虚拟仿真技术应用到材料力学理论与实践教学过程中，改变单一感官刺激的课堂讲授式教学模式，有利于促进学生对知识的理解，提高学生的应用能力。
该文分析了材料力学理论与实践教学中存在的主要问题，总结了将虚拟仿真技术应用在材料力学理论与实践教学中的特点与优势，对虚拟现实技术在材料力学理论和实践教学中的应用展开探讨，以期为材料力学课程的教学提供了一些可参照的思路。
关键词： 虚拟仿真技术 材料力学 实验教学 教育教学中图分类号： G642文献标识码： A文章编号： 1672-3791(2023)17-0214-04Discussion on the Application of Virtual Simulation Technology inthe Practical Teaching of Material MechanicsSUN Jinchao ZHAO Qingjuan*(College of Mechanical and Control Engineering, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi ZhuangAutonomous Region, 541010 China)Abstract: The rapid development of information technology has had a profound impact on the field of education and teaching. Under the background of modern education, virtual simulation technology plays an important role in practical teaching. By creating a realistic learning environment, applying virtual simulation technology to the theo‐retical and practical teaching process of Material Mechanics, and changing the classroom teaching-type teaching mode of single sensory stimulation is conducive to promoting students' understanding of knowledge and improving their application ability. This paper analyzes the main problems in the theoretical and practical teaching of Material Mechanics, summarizes the characteristics and advantages of applying virtual simulation technology to the theoretical and practical teaching of Material Mechanics, and discusses the application of virtual reality technology in the theo‐retical and practical teaching of Material Mechanics, so as to provide some referential ideas for the teaching of Ma‐terial Mechanics.Key Words: Virtual simulation technology; Material Mechanics; Practical teaching; Education and teaching自新冠肺炎疫情以来，全国乃至全球的教育教学工作都受到了影响。
基于ANSYS Workbench的全向运输车体框架仿真分析
第3期（总第226期）2021年6月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING&AUTOMATIONNo.3Jun.文章编号；1672-6413（2021）03-0092-03基于ANSYS Workbench的全向运输车体框架仿真分析张贺（中船重工海为郑州高科技有限公司，河南郑州450000）摘要：以某全向运输车体框架为分析对象，运用SolidWorks三维软件对框架进行三维建模，并通过ANSYS对框架结构进行有限元分析，探究框架结构在实际工况下的应力、应变和变形情况。
通过静力学强度分析可知，框架结构的强度满足所选材料的设计要求，同时结合变形云图发现，结构的变形量很小，满足实际设计要求。
最后根据结构的布局情况，对框架结构进行了在外加载荷条件下的模态分析，探究了框架结构的固有振动频率，进而为驱动电机的选择和运行速度的选取提供参考依据。
关键词：静力学分析；模态分析；ANSYS Workbench；车体框架；全向运输车中图分类号：TP391.7文献标识码：A0引言随着社会的快速发展，对具有特定性能车辆的研发和应用越来越引起各行业重视。
全向运输车作为工业多功能运输车辆中的一种，其不仅具备在平面上可以实现前后、左右和原地旋转等运动特征，而且还具备在不改变车体自身位姿的情况下向任意方向移动的运动特性全向运输车不仅拥有更大的运动灵活性，克服了传统运输车无法横向移动和原地转动等的运动缺陷，而且还可以根据运输物品的特点方便地更改车体结构，更加适用于工作空间狭窄有限、对运动灵活性和承载重量有要求的场合页。
全向运输车已经在多个智能装备行业中得到了广泛的应用，如军工、航天、智能工厂等领域，并且在这些领域的智能化制造和装备过程中发挥了巨大的实用价值。
本文以正在研制的某型号全向运输车承重框架为目标，利用软件SolidWorks构建实体三维模型，通过CAE有限元分析软件对整体框架结构的强度和刚度进行分析，以验证整体框架结构在实际工况下的选材和结构设计的合理性页。
cae等效应力
CAE等效应力一、等效应力分析的基本原理等效应力分析是一种用于评估结构或部件在复杂应力状态下的性能的方法。
它通过综合考虑结构在不同方向的应力分量，推导出等效的单一应力值，以便更好地理解结构的整体受力状态。
等效应力考虑了剪切力和正应力之间的耦合效应，从而能够更准确地预测结构的破坏和疲劳性能。
在有限元分析（FEA）中，等效应力可以通过不同的方法计算，如应力等效路径法、安全因数法和强度折减法等。
其中，基于安全因数的方法是目前广泛采用的等效应力分析方法之一。
它基于各方向的应力分量计算出结构的合成应力，再结合相应的安全因数，最终得出等效应力。
这种方法考虑了材料的不均匀性和非线性行为，为结构的安全性评估提供了依据。
二、CAE等效应力在工程实践中的应用计算机辅助工程（CAE）技术在现代工程实践中扮演着重要角色。
利用CAE软件进行等效应力分析已经成为产品设计、优化和可靠性评估的关键环节。
在航空航天、汽车、船舶、电子和机械等领域，CAE等效应力分析广泛应用于以下方面：1.结构优化设计：通过CAE等效应力分析，工程师可以了解结构的应力分布和薄弱环节，进而优化设计方案，减轻结构重量，提高结构强度和刚度。
2.疲劳寿命预测：等效应力分析在疲劳寿命预测中发挥着重要作用。
通过模拟循环载荷下的应力分布，工程师可以评估结构的疲劳寿命和可靠性，为产品寿命管理提供依据。
3.碰撞与冲击分析：在汽车、航空航天和船舶等领域，碰撞和冲击是必须考虑的重要因素。
CAE等效应力分析能够帮助工程师预测碰撞或冲击后的结构响应，为安全设计提供决策支持。
4.振动与稳定性分析：通过等效应力分析，工程师可以研究结构的振动特性以及在不同环境下的稳定性表现，以防止共振和失稳。
5.极限承载能力评估：在极端载荷条件下，如爆炸、压力容器等场景，结构的承载能力与等效应力密切相关。
利用CAE进行等效应力分析有助于评估结构的极限承载能力。
6.复杂装配体分析：对于由多个零部件组成的复杂装配体，CAE等效应力分析有助于工程师理解装配体在不同工况下的应力分布，提高装配体的可靠性。
仿真 等效应变 伸长率
仿真等效应变伸长率
仿真是指通过计算机对实际对象或系统进行数值模拟，以达到对其性能、行为和特性进行研究、预测和优化的目的。
在材料科学和工程中，仿真可以用来模拟材料的机械性能和变形行为，例如材料的伸长率。
伸长率是指材料在受力时的拉伸变形程度。
在仿真中，可以通过应变-应力曲线来计算材料的伸长率。
应变是指材料在受力
时的相对变形程度，可以通过实验或者数值模拟得到。
应力是指材料受到的单位面积的力，可以通过受力情况和材料的几何形状来计算。
等效应变是指材料在受力时的有效变形程度。
材料的真实应变可以包括弹性应变、塑性应变、剪切应变等多种形式的变形。
在一些情况下，为了简化计算和分析，可以将不同形式的应变统一称为等效应变。
等效应变可以通过考虑材料的本构关系和受力情况来计算。
伸长率是指材料在受力时的有效引伸程度，通常以百分数表示。
在仿真中，可以通过计算材料的等效应变和材料的初始长度来得到材料的伸长率。
伸长率可以用来评估材料的延展性和变形能力，对于材料的设计和应用具有重要意义。
有效应力和等效应变假设
有效应力和等效应变假设一、有效应力的概念大家听过“有效应力”这个词吗？一听这名字，不知道的人可能会以为它是个高深莫测的公式或者神秘的数学概念。
其实呢，它只是个简单的工具，用来帮助我们理解土壤或者结构材料在受力时的真实表现。
要知道，土壤或者材料在承受压力时，它表面和内部的反应并不完全一样。
就像你去挤一个泡沫球，外面挤压得很明显，但是它内部的反应有时却没那么直接。
这就跟我们日常生活中，总会碰到一些“看上去很忙碌”的人，实际上却做不了什么实质性工作一样。
所以呢，有效应力就是指我们计算出来的，材料内部真正起作用的那部分力。
这不是“表面功夫”，而是“实打实”的力量！很多时候，土壤在不同的环境下会受到不同的应力影响。
比如你在一个湿润的环境下，它的强度可能跟干燥时不一样。
假设你家里有一块湿润的泥土，湿气多了之后，它变得软塌塌的，不如干的时候那么结实。
所以，在计算这些力时，我们不能只看总的压力，而要把这些多余的影响因素都给“剔除”掉，这样才能更真实地了解它的表现。
这个时候，就需要用到有效应力的概念，帮我们把一些无关紧要的“干扰因素”去掉，专注于那些真正在起作用的力。
二、等效应变假设我们来说说“等效应变假设”。
虽然这个名字听起来很“高大上”，但其实它的意思也挺简单的。
你想象一下，一个人做重活儿，比如搬砖、搬水泥、推车什么的，时间一长，难免会感觉有些累。
这个累，不是因为你一下子搬了多少砖，而是因为你搬的砖对你的身体造成了某种程度的压力。
换句话说，搬的砖越重，压力就越大，身体就越吃不消，最后就会出现“应变”。
这个“应变”，其实就是你身体的适应过程。
简单说，你的身体在接受这些“外界挑战”时，它其实是经历了一种“变化”的过程，最终让你自己对这份压力有了“适应性反应”。
在土壤或者材料的世界里，等效应变就是用一种统一的标准，来表达这些不同材料在受力后的“变化”情况。
举个简单的例子，如果你在不同的地方建房子，比如在沙滩上建，或者在坚硬的岩石上建，材料本身的变化和反应会差得很远。
等效应变和真实应变的关系
等效应变和真实应变的关系
哎呀呀，什么是等效应变和真实应变啊？这可真是个让人头疼的问题！对于我这个小学生来说，就好像让我去攀登一座超级高的山峰一样难！
咱们先来说说等效应变吧。
想象一下，有一堆各种各样形状的面团，有的是长方形，有的是圆形，有的是奇奇怪怪的形状。
我们要把它们都变成同样大小和形状的面饼，这时候计算出来的应变就是等效应变。
是不是有点像把不同性格的同学都要训练成遵守同样规则的小乖乖？
那真实应变呢？这就像是记录一个小朋友成长的过程。
从一点点小，慢慢长高长大，每一个细微的变化都被准确地记录下来，这就是真实应变啦！它反映的是材料在变形过程中实实在在的变化，就像我们每天真实经历的生活一样，一点儿也不虚假。
比如说，有一块橡皮，我们使劲儿地拉扯它。
等效应变可能只是告诉我们，它总体上变形得有多厉害。
但真实应变呢，能告诉我们它从一开始到最后每一刻的具体变化，是不是很神奇？
老师在课堂上讲这些的时候，我周围的小伙伴们都皱着眉头，一脸困惑。
有的说：“这也太难懂啦，能不能简单点呀？”还有的小声嘟囔：“学这个有什么用啊？”
其实，等效应变和真实应变在很多实际的事情中都很重要呢！就像盖房子，如果不了解材料的这些应变情况，房子说不定哪天就歪歪扭扭啦！又好比制造汽车，要是不清楚这些，汽车零件可能就不耐用啦！
所以呀，虽然它们很难，但是我们还是得努力去搞明白，这样才能在以后解决更多的难题，做出更厉害的东西！你们说是不是？。
等效应力—等效应变曲线的实验测量
等效应力—等效应变曲线的实验测量
范秀昌;王秀琴
【期刊名称】《天津理工学院学报》
【年(卷),期】1996(012)002
【摘要】本文给出了等效应力σｉ－等效应变ｅｉ曲线实验测量的理论依据，并给出了一组实验数据。
【总页数】5页(P51-55)
【作者】范秀昌;王秀琴
【作者单位】天津理工学院机械系;天津理工学院机械系
【正文语种】中文
【中图分类】TG113.22
【相关文献】
1.板材等效应力-等效应变曲线的建立及分析 [J], 吴向东;万敏;王文平
2.基于等效等时应力应变曲线的燃气涡轮叶片多工况蠕变计算 [J], 张如刚;成晓鸣;张勇;李坚;全昌彪
3.巷道围岩状态的等效应力等效应变表述 [J], 潘岳;撒占友;贺可强
4.任意应力应变关系材料J积分估算的等效原场应力法 [J], 孙亮;李培宁;刘长军
5.有限变形下的等效应力和等效应变问题 [J], 周喆;秦伶俐;黄文彬;王红卫
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1. ABAQUS 仿真结果应力说明：
三维空间中任一点应力有6个分量yz xz xy z y ,,,σσσσσσ，，x ，ABAQUS 仿
真结果默认查看到的是Mises 应力，空间的六个分量分别对应ABAQUS 结果中的S11，S22，S33，S12，S13，S23。
选用四面体单元和六面体单元，都可以测量出单元的S11，S22，S33，S12，S13，S23。
这里特别注明的是有限元中的网格单元与材料力学（弹性与塑性力学）中的单元是不一样的，没有联系，详细见下面有限单元法概念。
2. 有限单元法概念：
实质上是把具有无限自由度的连续系统，近似等效为只有有限自由度的离散系统，使问题转化为适合数值求解的数学问题。
首先，把连续系统离散为数目有限的单元，单元之间仅有数目有限的指定点（称为节点）处相互连接，构成一个单元集合体以代替原来的连续系统。
把实际作用于结构上的载荷或边界条件向节点上移植，以和原载荷或边界条件等效。
然后，对每个单元采用分块近似的思想，选择一个插值函数建立待求节点位置与单元内部的关系，引入几何方程、物理方程等对每个单元的特性进行分析。
把所有单元的这种特性关系按一定条件（连续条件、变分原理或能量原理）集合起来，引入边界条件，构成一组以节点变量（位移、温度、电压等）为未知量的代数方程，求解方程组即可得到有限个节点处的待求变量。
3. ABAQUS 仿真结果中的网格单元应力补充说明：
从自己做的仿真实验看，有六面体单元和四面体单元，测量出某一单元上的节点应力各个值都相等，各个面上的应力也相等。
所以根据以上分析和自我理解，网格单元是连续体的离散化，与材料力学中取出的微面单元不一样，这个网格单元好像就是一个点，既然是一个点，当然就没有面和其余更小的说法，所以各个节点上的力相等，各个面上的力相等。
一般情况下，通过该点的任意截面上有正应力及其剪应力作用。
但有一些特殊截面，在这些截面上仅有正应力作用，而无剪应力作用。
称这些无剪应力作用的面为主截面，其上的正应力为主应力，主截面的法线叫主轴，主截面为互相正交。
主应力分别以321,,σσσ表示，按代数值排列（有正负号）为321σσσ≥≥。
其中321,,σσσ在ABAQUS 中分别对应Max. Principal 、Mid. Principal 、Min. Principal ，这三个量在任何坐标系统下都是不变量。
4. 一点应力的理解：
应力矢量不仅随点的位置改变而变化，而且即使在同一点，也由于截面的法
线方向n 的方向改变而变化（见下图），这种性质称为应力状态。
凡是应力均必须说明是物体内哪一点，并且通过该点哪一个微分面的应力，一点所有截面的应力矢量的集合称为一点的应力状态，不可能也不必要写出一点所有截面的应力。
5. 等效应力理解及材料塑性变形准则（依据）：
5.1 首先，回顾一下上面知识，在仿真结果里面我们能查到任何一个点（实质上是单元：可以直接理解为材料力学中我们熟知的单位力，也即应力）的yz xz xy z y ,,,σσσσσσ，，x ，这是已知的。
等效应力就是把空间已知的六个应力
等效为一个应力，这个应力相当于单向拉伸时的应力，具体公式见下面分析。
对于平面问题，我们可以直接利用公式求出最大主应力和最大剪应力，见下：
这是材料力学中熟悉公式，不赘述。
5.2 等效应力表述：见下公式
5.3 屈服准则：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，第四强度理数学表达式论见下：
()()()()2222222621 3zx yz xy x z z y y x e I τττσσσσσσσ+++-+-+-='=
米塞斯应力是一种等效应力，数学表达式见下：
可以用主应力表示为：
式中σs ——材料的屈服点， K ——材料的剪切屈服强度
与等效应力比较，可得：
所以，米塞斯屈服准则也可以表述为：在一定的变形条件下，当受力物体内一点的等效应力达到某一定值时，该点就开始进入塑性状态。
如果是做金属成型等大变形的话，进入塑性阶段后，变形的等效应力会比屈服应力大，并随着变形的增加，等效应力也会增加。
米塞斯屈服准则的物理意义：在一定的变形条件下，当材料的单位体积形状改变的弹性位能（又称弹性形变能）达到某一常数时，材料就屈服。
总结：现在回到力学理论与仿真结果相结合的知识上来。
仿真前处理，输入材料应力——应变曲线，初始屈服点应力348.7MPa，指的是单向拉伸时，应力达到348.7材料就开始屈服。
仿真过程中的材料受力情况显然不像单向拉伸那么简单，那么怎么去判断一个点是否达到屈服呢？一个点究竟有没有达到屈服，我们必须得有一个准则，就是用什么去衡量和判别。
由上面知识知道，能够测出仿真中一个点的六个应力分量，在根据5.3屈服准则知道，一般材料在外力作用下产生塑性变形，应该采用第四强度理判别材料是否达到屈服，也就是米塞斯屈服准则。
一句话：不论材料处于何种状态和变形，只要满足公式：
我们就认为材料屈服了，这也是米塞斯屈服准则的表述。
当然这是用米塞斯准则去衡量材料的屈服，还有屈雷斯加准则，或许将来还会有更好的去衡量材料是否达到屈服的准则，至少现在比较有名的就这两个。
最后留下QQ，愿与大家交流：452716391
——2012年11月21日燕山大学杨建总结编辑。