常用工具介绍及材料破坏评定方法

在ANSYS Workbench中包括应力工具、接触工具、疲劳工具、梁工具、损伤工具，主要命令集中在【Solution】工具栏的【Tools】选项下，如图4-32所示。

图4-32 【Tools】分析选项

下面介绍常用的应力工具、接触工具、疲劳工具。

（1）Stress Tool（应力工具）在Mechanical中使用【Stress Tool】产生应力结果，单击【Solution】工具栏上的【Tools】|【Stress Tool】命令，在【Outline（分析树）】中的【Solution（A6）】节点下增加【Stress Tool】选项，在详细设置窗口的【Type】下拉列表中选择【Max Equivalent Stress】，然后选中【Safety Factor】节点，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Evaluate All Results】命令，图形区显示安全系数分布，如图4-33所示。

图4-33 接触压力分布

材料破坏形式可分为脆性断裂和塑性屈服，脆性断裂的应力评定一般采用莫尔强度理论和最大拉应力理论，塑性屈服的应力评定一般采用最大剪应力理论和形状改变比能理论。

✧ 莫尔强度理论是以各种状态下的材料破坏试验结果为依据建立起来的有一定经验性的理论。该理论考虑材料拉压强度不等的情况，可以用于铸铁等脆性材料，也可用于塑性材料，当材料拉压强度相同时，等效于最大剪应力理论。

✧ 最大拉应力理论指无论材料处于什么应力状态，只要最大拉应力达到极限值，材料就会发生脆性断裂。该理论适用于脆性材料的拉、扭，一般材料的三向拉伸，铸铁的二向拉或压。

✧ 最大剪应力理论指无论材料处于什么应力状态，只要最大剪应力达到极限值，材料就会发生屈服破坏。该理论适用于塑性材料屈服破坏及一般材料三向受压。

✧ 形状改变比能理论指无论材料处于什么应力状态，只要形状改变比能达到极限值，材料就会发生屈服破坏。该理论适用于塑性材料屈服破坏及一般材料三向受压。(www.xing528.com)

各种强度理论的适用范围：三轴拉伸时，脆性或塑性材料都会发生脆性断裂，应采用最大拉应力理论，应力工具为【Max Tensile Stress】；对于脆性材料，在二轴应力状态下应采用最大拉应力理论，如果抗拉压强度不同，应采用莫尔强度理论，应力工具为【Mor-Coulomb Stress】；对于塑性材料，应采用形状改变比能理论，应力工具为【Max Equivalent Stress】或最大剪应力理论，应力工具为【Max Shear Stress】；在三轴压缩应力状态下，对塑性和脆性一般采用形状改变比能理论。

（2）【Fatigue Tool（疲劳工具）】在后处理中提供有关疲劳计算，【Fatigue Tool】提供以应力寿命和应变寿命为基础的疲劳计算评估零件的疲劳寿命，可以计算恒幅或变幅值载荷、比例或非比例载荷。

（3）【Contact Tool（接触工具）】在Mechanical中使用【Contact Tool】产生接触结果，单击【Solution】工具栏上的【Tools】|【Contact Tool】命令，在【Outline（分析树）】中的【Solution（A6）】节点下增加【Contact Tool】选项，在详细设置窗口的【Type】下拉列表中选择【Pressure】，然后选中【Pressure】节点，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Evaluate All Results】命令，图形区显示压力分布，如图4-34所示。

图4-34 接触压力分布

✧ 压力（Pressure）：显示法向接触压力。

✧ Penetration（穿透）：显示穿透深度。

✧ Gap（间隙）：显示在Pinball半径内的缝隙大小。

✧ Frictional Stress（摩擦应力）：由于摩擦力引起的切向接触应力。

✧ Sliding Distance（滑移距离）：表示面相对滑移的距离。

✧ Status（接触状态）：提供是否接触的信息，Over Constrained表示过约束，Far表示在弹球区外，Near表示在弹球区内，Sliding表示有相对滑移，Sticking表示黏结在一起。