在结构分析当中,经常需要提取各类应力数据进行查看。仿真软件当中也给我们提供了多种应力类型进行选取。那么每个应力结果之间有什么区别,各自的侧重点是什么?我们做一个简单的讨论。
当物体受到外力作用时,内部各质点之间会产生抵抗变形的内力。为了对这个内力的分布进行量化表述,便有了“应力”的概念。因此,应力(Stress)是描述物体内部各部分之间相互作用力的物理量,用于表征材料在受力时内部的受力状态,是分析材料变形、强度和稳定性的核心概念。
从内力与受力面二者的方向关系上来讲,应力可以分成正应力和切应力两种。当内力方向垂直于受力面时,为正应力,用σ表示。对正应力进一步进行细化,可以分为压应力(内力指向受力面,产生压缩状态)和拉应力(内力背离受力面,产生拉伸状态)。当内力方向平行于受力面时,为切应力,用τ表示。假设一直杆的轴向拉力为F,其在某截面上的正应力及切应力示意图如下:
通常来讲,对于脆性材料可使用最大正应力进行评估,对延性材料可使用最大切应力进行评估。另外,在进行有限元计算时,软件通常会输出等效应力这个结果。等效应力即米塞斯等效应力,基于米塞斯屈服准则,其表达式为:
分别指三个主应力,如下图:
由于实际结构通常会处于多轴应力状态,米塞斯应力通过公式转换,所得出的应力数据通常可快速判定材料是否达到屈服状态,具有较为广泛的使用场景,成为了对结构进行强度校核的一种常用数据。
通过对应力数据的查看,可以对结构是否安全进行判断。在进行实际分析时,我们需要结合结构的材质类型、受力形式等方面来选择更合适的应力结果进行输出,从而进一步提高分析的准确性。