Ansys 后处理中应关注的应力：确定结构承载能力的关键

Ansys 后处理中应考虑的应力

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压力

当材料发生变形时，其内部会产生一个大小相等，方向相反的反作用力。这种分布的内力集中在一点以抵抗外力的作用，这种力称为应力。应力与微面积的乘积就是微内力或当物体因外界因素（力、湿度变化等）而变形时，物体各部分之间相互作用产生的内力，以抵抗这种外界因素的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。我们分析和校核应力，是为了确定结构的承载能力是否足够。那么承载能力是如何定义的呢？例如混凝土和钢材都要用万能压力机进行单轴破坏试验。换句话说，我们在ANSYS计算中得到的应力必须始终与单轴破坏试验得到的结果进行比较。因此当有限元模型本身为一维或者二维结构时，检查某一方向的应力，如plnsol，s，x等是有意义的。但在三维实体结构中，应力分布要复杂得多，单一方向的应力不能完全表示结构的准确应力值——这里就出现了强度理论。

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，无论处于何种状态，只要最大拉应力达到材料在单轴拉伸断裂时的最大拉应力，材料就会断裂。其中，某一点的最大拉应力值即为其第一主应力的值。

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最大拉伸应变理论

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，材料就会断裂。此时正式将主应力的某个综合值与材料单轴拉伸轴向拉伸压缩的许用应力进行比较，这个综合值就是等效应力——等效应力。

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最大剪应力理论

该理论认为引起材料屈服的主要因素是最大剪应力，无论何种状态，只要最大剪应力达到材料在单轴拉伸下屈服时的最大剪应力，就认为材料屈服了。

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畸变能量理论

该理论认为，弹性体在外力作用下变形时，载荷做功，弹性体变形储存能量，称为应变能（分为扭曲能和体积变化能）。引起材料屈服的主要因素是扭曲能密度。无论在何种状态下，只要扭曲能密度达到材料在单向拉伸下屈服时的扭曲能密度，材料就会屈服。

各向同性材料的屈服准则

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Tresca 屈服标准

当材料中的最大剪应力达到某一临界值时，材料就会屈服。这个临界值取决于材料在变形条件下的性质，与应力状态无关。因此，Tresca屈服准则又称为最大剪应力准则，其表达式为

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米塞斯屈服标准

材料质点屈服的条件是其单位体积的弹性形状变化达到某一临界值，该临界值仅取决于材料在变形条件下的性质，与应力状态无关。因此，Mises屈服准则又称为弹性形状变化能量准则，其表达式为

如果主应力表示为

ANSYS 后处理中应力查看总结

应力可分为两种类型：一种是尺寸会改变的应力（静水：当某物受到静水压力时），一种是形状会改变的应力。Von Mises 应力属于第二种。许多人使用 Von Mises 应力来分析结果，但前提是延展性材料（例如韧带）才适合进行 Von Mises 应力分析。

Mises应力其实就是应力偏差量的二阶不变量(J2)，应力偏差量的表达式更为简洁。但这不是重点，重点是它之所以出现在最常用的屈服准则中，是因为它形式简单，最容易投入计算，与简单的拉伸应力-应变关系有直接的可比性(在偏差量表达式中，Mises应力与有效塑性应变的奇异2/3和3/2就是为了对应简单的拉伸关系)。在最常用的关联塑性定律中，屈服面的函数也是势函数，所以Mises应力在流动准则中也很重要。因此，在许多基于微裂纹和孔洞的损伤力学中，它可以与静水压力一起作为损伤参数使用。

后处理节点应力中x、y、z方向的应力和第一、第二、第三主应力​​我就不介绍了。应力强度是按照第三强度理论得到的等效应力，其值为第一主应力减去第三主应力​​。Von Mises是一种屈服准则，屈服准则的值通常称为等效应力。在Ansys后处理中，“Von Mises Stress”通常称为Mises等效应力，遵循材料力学的第四强度理论（形状变化比能理论）。

第三强度理论认为最大剪应力是材料流动失效的主要原因，例如低碳钢在拉伸时，最大剪应力出现在与轴线成45度角的截面上，材料沿此平面滑移，出现滑移线，此理论较好地解释了塑性材料塑性变形的现象，形式简单，但结果安全。第四强度理论认为形状变化比能是材料流动失效的主要原因，结果更符合实际。

一般脆性材料，如铸铁、石材、混凝土等，多采用第一强度理论，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，应采用第三或第四强度理论。压力容器多采用第三强度理论（安全第一），其它多采用第四强度理论。