【讨论】力學與ANSYS

bigbird

bigbird:
你好，我现在在忙着做论文，老板逼得很急，所以很不好意思打扰你，有个问题想向你请教：我是将一个结构利用divide分成两部分，然后对不同部分定义不同的材料常数来模拟两个结构的粘接，对其进行了模态分析，结果是正确的，在某一阶模态下，为什么粘结面上的节点，对不同的材料有不同的应变值？也就是说粘结面上的节点的应变值有两个，但是位移值却是一样的，这种情况下是否需要耦合？不知道是为什么？希望你能帮助我一下，小弟我将不胜感激！！！
热切盼望你的回复！
___________________________________________________________
^^針對這個問題........
究竟為何會出現兩個應變值..位移卻相同..........
  
因為包含兩種材料....因為young's moduli and poisson's ratio不同
所以針對兩種材料會有兩種應變....而在粘结面上....爲了滿足能量守衡...這兩種材料會產生互相拉扯的效應(有個類似的觀念可想像...Al/CU複合條..受熱會往AL方向彎曲)...也就是poisson's ratio mismatch...
因此....因為能量守衡..會有相同位移..卻有不同應變的原因在此........
但是...由於討論的情形大致分為兩種...有不同的結果
__________________________________________________________
討論:
在Stuation 1中......由於施加的載荷並不垂直於粘结面....故所求出的應變與應力並不需要平均.........
而在Stuation 2中......由於施加的載荷垂直於粘结面....故所求出的應變與應力需要平均.........
WHY??
相信很多人力學知識都很豐富...請不要吝嗇..一起加入討論吧^^
___________________________________________________________

bigbird

^^

bigbird

^^....

cadfer

位移法得出的结果在同一节点处会有相同的结果，这并不奇怪！

bigbird

^^....cadfer能否再說詳細一些呢....兩種情形結果都相同嗎??

edodo

赫赫!
你的这个问题最好用接触单元作.
之所以位移一样那时肯定的,因为你将他们直接连接在一起了,相当于刚性连接.位移当然一样,而由于有两种不同的材料所以应变当然不一样了.
最好用接触单元来做,这样就会好多了,而且可能第二种情况下,你的约束施加得不好的话,很有可能不给你做!哈哈!你自己看看吧!其实第二种情况下只有在较小的力下成立,不然就飞了!

bigbird

^^!!...呃..我想可能edodo誤會我的意思了.............
這不需要使用接触单元....而且不論如何一定可求解出來.........
麻煩請看我畫線以下的地方.............
1.現假設兩種情況中....為兩種均質材料黏合.............
2.座標系為往右為X向上為Y..........
  
問題:
如果探討X方向的應力應變..........依照上兩圖......是否結果相同.......
結論也相同???

dongfang

我过去做层合材料的层间应力分析时， 情况好象类似于这种情况。
各种假设很多。但有两类假设应用较广：
1。连接处假设有一个非常薄的连接层。
2。直接连接，但假设相邻层垂直层方向的应力z, xz, yz 相等。
  
好像第二种假设更好一些。

cadfer

如果需要讨论，必须讲清楚加载的方式，因为载荷边界条件会对应力分布会有明显的影响的。
两种情况的应力分布显然不同，我有些不太明白你所说的平均是指什么？

bigbird

^^!!..我剛發覺有些遺漏的地方.....
是討論Z方向應力應變時.........
在Stuation 1中......由於施加的載荷並不垂直於粘结面....故所求出的應變與應力並不需要平均.........  
而在Stuation 2中......由於施加的載荷垂直於粘结面....故所求出的應變與應力需要平均.........  
WHY??

cadfer

1. z方向在你的图中是离开平面的方向么？你所说的讨论z向应变是这种情况么？为什么要讨论z方向的应力应变？而不是加载平面内的？
2. 你所说的平均是指在交界线的节点上平均么？

bigbird

^^....嗯嗯....
1.
如果以平面來看則是討論1,2的Y方向
因為圖不見了...有些忘記我畫的是什麼......
2.
對....討論在交界线的节点上平均.....

jinchee

兩材料界面問題.  
      附圖為 ansys 解出之雙材料界面的應力場 Sy,  
      而界面的應力或應變, 用 query會抓到兩個值,  
      這是因為界面上 node, 他屬材料1 亦屬材料2,  
      例如圖上 node 之 Sy=9.723又為 9.754,  
      這是因為該 node 分別同時屬於不同材料之 4 個元素,  
      而ANSYS之 PowerGraphic = on 模式並不會把界面應力平均,  
      所以. 圖上兩材料應力場畫出來不會連續.  
  
     不過, 根據固體力學理論, 附圖之 Sy 必須連續,  
     而圖上Sy不連續之因, 是有限元素計算的誤差, 若把高應力處元素細分,  
     就會接近連續了. 不信可試試...  
  
      根據理論, 附圖界面上之 Sy, Sxy 要連續, 但 Sx不會連續.  
      這是界面應力的條件,  
      許多人不太了解, 可能沒學過相關理論,或學過卻忘了.  
  
    此外,若將 PowerGraphic設成 off,  
      界面 node 應力值只有一個, 因為 ansys 把2個值平均了.  
  
    

jinchee

bigbird wrote:
__________________________________________________________
討論:
在Stuation 1中......由於施加的載荷並不垂直於粘结面....故所求出的應變與應力並不需要平均.........
而在Stuation 2中......由於施加的載荷垂直於粘结面....故所求出的應變與應力需要平均.........
WHY??
___________________________________________________________

  
我不了解大鳥兄上頭兩句話的意思.......
可否再詳細說明.

jinchee

關於上頭我寫的界面應力討論,
不知道看過的兄弟們, 有什麼指教.
有興趣可去翻翻 YC Fung教授的 連體力學課本.
  
ansys 的界面應力要不要平均,  
就看你 "要"還是 "不要", 使用者以 PowerGraphic 設為 on或 off 即可控制應力輸出方式.  (PowerGraphic 設定, 在ANSYS畫面右上角 tool bar)
  
很久前和我老師討論過界面應力 Sx, (此量是不連續的)  
結論認為"不取平均值"較合理,
mat 1 的 Sx 和 mat 2 的 Sx 分屬不同材質, 平均也沒什意義.  
  
對於 Sy和 Sxy, 因為他們在界面是連續的,
所以平均與否均可, 只要 mesh 夠準, mat 1 和 mat 2的 Sy (或 Sxy) 是會很接近的.   
  
對於位移連續問題,
雙材料界面原假設為 perfectly bonding, 即不會脫層,
既然不會脫層, 材料界面位移當然是單值(single value),  
不會有2個值.

bigbird

^^...jinchee解釋的很詳細....小弟給於極高的評價......
最近事情較多...導致回答問題有些倉促...敬請見諒....
  
在古典層板理論中(CLASSICAL LAMINATE THEORY)...
假設為perfectly bonding, 即不會脫層....
但其理論也因為perfectly bonding故假設無翹曲應力現象發生.....
這只是一個理想化的假設....
此題主要在於若把翹曲應力加入.....其結果將如何考慮才為正確....
純屬討論交流...^^
  
若以討論SX...由於處於不連續狀態....故可不平均介面應力.....
其理由與jinchee相同....
若討論其SY...由於需考慮其在介面處為連續....
經由jinchee的分析圖所示....可輕易看出其不連續現象.......
對於其所提:
平均與否均可, 只要 mesh 夠準, mat 1 和 mat 2的 Sy (或 Sxy) 是會很接近的...個人則持保留態度......
  
根據固體力學理論, 附圖之 Sy 必須連續,而圖上Sy不連續之因, 是有限元素計算的誤差, 若把高應力處元素細分, 就會接近連續了.
對於jinchee以上說法...
這僅僅只是在於讓其收斂於一定值....並不能斷定就會接近連續.....
此外...在材料性質方面也是需考慮的因素之一....在一般結構分析中....
造成脫層的效應不外乎蒲松比......如果蒲松比差異性小....有可能會如jinchee所說...如果差異大....小弟認為也許再怎麼細分也不會趨近連續.....
  
另外...在什麼情況下....mesh才算夠準呢??.......個人評斷還是有何根據....
能否請jinchee再說明呢??^^
  
個人粗劣見解...如有錯誤..煩請不吝指教..^^

jinchee

bigbird wrote:
  
若討論其SY...由於需考慮其在介面處為連續....
經由jinchee的分析圖所示....可輕易看出其不連續現象.......
  

  
    不可用 FEM 結果來"斷定" 一個力學現象,
    萬一 FEM 不是 100 % 正確, 那怎辦 ?

jinchee

bigbird wrote:
  
此外...在材料性質方面也是需考慮的因素之一....在一般結構分析中....
造成脫層的效應不外乎蒲松比......如果蒲松比差異性小....有可能會如jinchee所說...如果差異大....小弟認為也許再怎麼細分也不會趨近連續.....
  

  
  以我貼的ansys 圖為例,
  界面 Sy (正應力)和 Sxy (剪應力)的連續, 純粹以力平衡和自由体圖, 即可證明.
  應力連續或不連續, 與兩材料之材料係數無關.
  
  相信我吧 !~~~~~~
  相信我準沒錯.  這種界面應力問題, 我已經和人爭論過好幾次,
  每次對方都懷疑我的說法, 直到我拿出力學的書, 對方才"漸漸"相信.....  
  我說的東西都是書本上的原理:
    Y.C. Fung,  First course in continuum mechanics. 3rd ed.  1994.  p. 78.
    J.R. Barber, Elasticity. 1992.  p.271.
  翻翻書, 應該會相信.
  
  FEM和 ANSYS, 必須搭配力學理論, 才是完美的.   
  
  

jinchee

jinchee wrote:
兩材料界面問題.  
      附圖為 ansys 解出之雙材料界面的應力場 Sy,  
      而界面的應力或應變, 用 query會抓到兩個值,  
      這是因為界面上 node, 他屬材料1 亦屬材料2,  
      例如圖上 node 之 Sy=9.723又為 9.754,  

  
  其實, 雖然 9.723和 9.754不相等,
  但注意 , 兩值差異為 0.3 % , 以數值解來說, 幾乎可說一樣了.
  
  若把 mesh 分細, 元素會變小, 其高斯積分點更接近界面,
  據 FEM 理論, 節點應力值是由高斯點應力值外插的,
  高斯點越近界面, 外插到界面上節點的值越真實, FEM 抓到的現象越準.
  所以我說, 細的 mesh , 兩值會較接近.

jinchee

畫了一圖.