ANSYSWorkbench18.0求解工具及应用

Mechanical针对不同的求解类别有不同的后处理工具，主要有应力工具、疲劳工具、接触工具、螺栓工具、梁工具、断裂工具、响应功率谱密度工具和扩展设置工具，如图4-31所示。

1.应力工具

应力工具【Stress Tool】提供了一种用于评定分析结果的强度安全系数的工具，安全系数包括强度安全系数【Safety Factor】、强度安全极限【Safety Margin】和强度比率【Stress Ratio】。在导航区，右键单击【Solution】→【Insert】→【Stress Tool】→【Max Equivalent Stress】；或单击【Solution】→【Tools】→【Stress Tool】插入应力工具，如图4-32所示。

图4-31 求解工具

图4-32 应力工具

当加入应力工具后，可以在详细窗口根据应用的理论指定应力极限类型。材料特性包括拉伸屈服强度【Tensile Yield Strength】、抗压屈服强度【Compressive Yield Strength】、拉伸极限强度【Tensile Ultimate Strength】、抗压极限强度【Compressive Ultimate Strength】以及用户自定义强度。

材料的失效形式主要有屈服和断裂两种，相应地，强度理论也分为两大类：一类对铸铁、石料、混凝土、玻璃等脆性材料，通常以断裂的形式失效，其中有最大拉应力理论和最大伸长线应变理论；另一类对碳钢、铜、铝等塑性材料，通常以屈服的形式失效，其中有最大剪应力理论和畸变能密度理论。

（1）最大等效应力安全工具 最大等效应力【Max Equivalent Stress】遵循第四强度理论（形状改变比能理论），是指无论材料处于什么样的应力状态下，只要形状改变比能达到极限值，材料就发生屈服破坏。该理论适用于塑性材料破坏及材料三向受压的情况。

结构的失效可以由指定的强度极限、材料的屈服强度、材料的极限强度来评价，如最大等效应力等于或超过指定的强度极限，则将发生破坏，对不同设计目标有不同公式表达。

（2）最大剪应力安全工具 最大剪应力理论【Max Shear Stress】是指无论材料处于什么样的应力状态，只要构件中危险点的最大剪应力达到简单拉伸屈服时的极限剪应力，材料便会发生屈服破坏。该理论适用于塑性材料屈服破坏及材料三向受压的情况。

结构的失效一般由材料的屈服强度、材料的极限强度评价，如最大剪应力等于或超过指定的强度极限，则将发生破坏，对不同设计目标有不同公式表达。

（3）最大拉应力安全工具 最大拉应力理论【Max Tensile Stress】是指无论材料处于什么样的应力状态，只要超过材料在简单拉伸破坏时的极限应力，材料便会发生断裂破坏。该理论适用于塑性材料屈服破坏及材料三向受压，或脆性材料的拉伸、扭转及一般材料的三向拉伸，铸铁的二向拉压等情况。

结构的失效可以由指定的强度极限、材料的屈服强度、材料的极限强度来评价，如最大等效应力等于或超过指定的强度极限，则将发生破坏，对不同设计目标有不同公式表达。

（4）莫尔 库伦强度安全工具 莫尔 库伦强度理论【Mohr Coulomb stress】是指材料发生破坏是由于材料的某一面上剪应力达到一定的限度，而这个剪应力与材料本身性质和正应力在破坏面上所造成的摩擦阻力有关。即材料发生破坏除了取决于该点的剪应力，还与该点正应力相关。该理论多应用于脆性材料。当材料拉压强度相同时，等效于最大剪应力理论。

莫尔 库伦强度理论考虑了材料抗拉和抗压强度不等的情况，比第三强度理论更准确。一般最大拉应力对应材料的抗拉强度极限，最小压应力对应材料的抗压强度极限，若超过它们的极限，则将发生破坏，对不同设计目标有不同公式表达。

2.疲劳工具

疲劳工具【Fatigue Tool】提供以应力寿命和应变寿命为基础的疲劳计算来帮助设计工程师评估零件的疲劳寿命。疲劳工具可以计算恒值或变幅值载荷、比例或非比例载荷。右键单击【Solution】→【Insert】→【Fatigue】→【Fatigue Tool】，插入疲劳工具。详见疲劳章节。

3.接触工具

Mechanical中接触单元利用的是接触面和目标面的概念，只有接触单元可以显示接触结果，以【MPC】（多点约束接触法）为基础的接触、任何接触的目标面及以边为基础的接触都不显示结果，线单元也不显示任何接触结果。如果使用不对称，仅有接触面上有结果而目标面上结果为零，如果使用对称接触，接触面和对称面上都会有结果。(www.xing528.com)

右键单击【Solution】→【Insert】→【Contact Tool】显示接触工具，见表4-9。

表4-9 接触工具

4.螺栓工具

螺栓工具【Bolt Tool】用来获取特定螺栓结果。右键单击【Solution】→【Insert】→【Bolt Tool】显示螺栓工具，见表4-10。

表4-10 螺栓工具

5.梁工具

梁工具【Beam Tool】用来查看线体的线性化应力。右键单击【Solution】→【Insert】→【Beam Tool】显示螺栓工具，见表4-11。

表4-11 梁工具

6.断裂工具

断裂工具【Fracture Tool】用于定义断裂力学分析结果。右键单击【Solution】→【Insert】→【Fracture Tool】显示断裂工具，需选择裂纹或预裂纹。具体请参看第12章。

7.复合材料失效工具【Composite Failure Tool】

用于复合材料分析后处理复合层结构失效情况，具体参看第11章。

8.响应功率谱密度工具

响应功率谱密度工具【Response PSD Tool】，用来在随机振动分析时控制响应功率谱密度频率采样点。

9.扩展设置工具

扩展设置工具【Expansion Settings】，在刚体动力学分析环境中应用浓缩的单一超单元零件时，该工具会自动出现在求解分支下，用来得到被浓缩下原始体的计算结果。