【静力分析】Ansys WorkBench 验证应力集中系数

应力集中是在零件上普遍存在的现象，有各种各样的应力集中被计算出来，这次使用板中央有孔的零件来计算应力集中系数。

新建静力分析（Static Structural）导入模型后，在DM中打开模型，右键Import1 > Generate，生成模型。

使用Manual（手动方式）生成中面。

点击Tools > Mid-Surface > 选择模型的两个面 > Apply（系统默认使用手动方式）；

右键Midsurf1 > Generate，生成中面。

使用自动方式生成中面。生成中面可以使问题简化，求解更加快速。

点击Tools > Mid-Surface > Selection Method ：Aotumatic；

在Min和Max Threshold处分别填1和3，代表最小壁厚为1mm，最大壁厚为3mm；

Find Face Pairs Now：Yes，立即查找面对，此时在Face Pairs处出现数字1，表示已经自动找到一个面对。

右键Midsurf2 > Generate，生成中面。

退出DM，进入静力分析。

划分网格。

设置网格尺寸

右键Mesh > Insert > Sizing > 选中中面 > Apply；Element Size：0.5mm。

设置映射网格

右键Mesh > Insert > Face Meshing > 选中中面 > Apply

右键Mesh > Generate，生成网格。

设置边界条件

设置固定约束

点击A5 > Supports > Fixed Support > 选中中面的一个短边 > Apply

设置力

点击A5 > Loads > Force > Magnitude ：100N；Direction：选择一个长边，将板拉伸。

求解后查看等效应力，在孔边应力最大，存在应力集中。

查看总形变，受力处形变最大。

构造孔边到板边的路径来查看不同的应力以便计算应力集中系数。

右键A4 > Insert > Construction Geometry ，构造几何；

右键Construction Geometry > Insert > Path，插入路径；

点击Path，分别在Start（起点）和End（终点）设置坐标（0,10,0）和（0,50,0）

查看路径上的线性化应力的法向应力。

右键A6 > Insert > Linearized Stress > Normal > Path处选择“Path”（设置的路径名称）。

加载结果。

Merbrance（膜应力）+Bending（弯曲应力）+Peak（峰应力）=Total（总应力）。

膜应力是沿截面厚度均匀分布的应力分量，在结果中可以看到是恒定不变的，可近似为名义应力。

应力集中系数K=最大应力÷名义应力=1.0622÷0.41701=2.5468。拉伸带孔板（中央孔）的应力集中系数K与d（孔径）和W（板宽）相关，本次案例中模型d/W=10/100=0.2，经过查表（下图）得应力集中系数K'应为2.5，与有限元分析结果的误差为1.872%