Ansys Workbench 的机械应用（第 2 部分）—结果后处理
Workbench结果后处理功能非常强大，可以获得用户所需的多种结果，如变形、应力应变、接触工具、疲劳工具等。本文以静态分析为例，讲解结果后处理加工。
单击分析树中的“Solution”选项后，工具栏上将出现“Soution”工具栏。
可以在分析和计算之前添加结果。点击工具栏上的Solve后，将显示计算后的结果。您还可以通过右键单击分析树解决方案（A6）或下属项目 - 评估所有结果，显示分析和计算后添加的结果，而无需重新计算。
1 变形
变形命令集位于“解决方案”工具栏上的“变形”中。
变形结果适用于点、线、面、体。
总变形为标量，方向可以以矢量方式显示：计算完成后，单击结果工具栏上的方向显示图标可设置方向显示。
方向变形包括Ux、Uy、Uz三个方向的变形。可以显示指定坐标下的变形，如用户设定的柱坐标下的径向、周向、轴向变形。
总位移与方向位移的关系如下：
2 应力和应变 2.1 强度理论 2.1.1 应力状态
在一定的坐标系中，描述一点的应力状态需要6个应力分量，即三组法向应力。
σx、σy、σz 和三组剪应力 τxy、τyz、τzx。
将上面的点旋转一定的角度，必须能够找到一个角度，使得每个面上的剪应力τ都为0，并且只有三个主应力。这三个主应力中最大的是第一主应力σ1，中间的是第二主应力σ2，最小的是第三主应力σ3。 （同样，必须找到某个角度，使得每侧的法向应力 σ 都为 0，并且只有三个剪应力。）
请注意，如果主应力一定
表示三通压力。
当某一方向的主应力为0时，称为双向应力状态。例如水塔、油管、橡皮球等可以简化为双向应力状态。
当某一双向主应力为0时，称为单向应力状态，如杆梁受拉状态。
2.1.2 应力应变图
塑性材料是指试样拉开时伸长率>5%的材料，如钢、铝合金、黄铜等。塑性材料拉伸时的应力与应变关系如下图所示。
当应力超过屈服强度σs时，就会发生塑性变形。当应力超过屈服强度σb时，会发生颈缩直至断裂。
塑料材料的失效大多通过屈服强度σs来判断。
对于没有明显屈服阶段的材料，如T10A，一般将出现0.2%塑性应变时的应力视为名义屈服极限，表示为σ0.2。
脆性材料是指试样拉开时伸长率小于或等于5%的材料，如灰铸铁、玻璃、陶瓷等。脆性材料拉伸时的应力与应变关系如下图所示。
脆性材料的失效大多通过强度极限σb来判断。
2.1.3 四种强度理论
《材料力学》中介绍了4种常用的强度理论：
1、第一种强度理论：最大拉应力理论，该理论认为当最大拉应力σ1≥σb时，材料就会断裂。
2、第二种强度理论：最大伸长线应变理论，该理论认为最大伸长线应变是断裂的主要原因，即材料断裂条件为σ1-μ(σ2+σ3)≥σb（μ为泊松比）。
3、第三种强度理论：最大剪应力理论，该理论认为，当最大剪应力τmax=(σ1-σ3)/2≥σs/2时，材料屈服，即塑料的非失效状态材料为σ1-σ3≤σs。
补充：莫尔强度理论是第三强度理论的扩展。它是基于实验数据的。它不是基于像四强度理论那样的假设，四强度理论考虑了材料的不相等的拉伸和压缩强度。它既可用于塑性材料，也可用于脆性材料。当材料的拉伸强度和压缩强度相等时，莫尔强度理论与第三强度理论相同。
4、第四种强度理论：畸变能量密度理论（Von-Mises等效应力理论），该理论认为畸变能量密度是产生屈服的主要原因。即塑料材料的不失效条件为σVon≤σs。
等效应力与主应力的关系如下
四种强度理论在Ansys-Workbench中的应用如下表所示：
2.2 Workbench中应力应变的应用
应变命令集位于“解决方案”工具栏上的“应变”中，应力命令集位于“应力”中。
由于应力和应变成正比：σ=E*ε（E为材料的弹性模量），因此下面主要以应力作为说明，读者可以将其推广到应变结果的应用。
1.等效应力Equivalent（von-Mises）
等效应力/应变，也称为 von-Mises 等效应力/应变，是塑料材料计算中最常用的结果。计算结果需满足第四强度理论σVon≤σs。
2. 第一主应力Maximumprincipal
第一主应力，也称为最大主应力，是脆性材料计算中常用的结果。计算结果需满足第一强度理论σ1≤σb。
第二主应力σ2和第三主应力σ3分别对应于中主应力和最小主应力，此处不再赘述。
3. 最大剪切和应力强度
最大剪应力和应力强度实际上是等价的概念，都是第三强度理论计算所需的对象。应力强度为最大剪切应力的两倍，即强度=2×最大剪切。
在实际应用中，更常使用应力强度，因为此时计算的强度只需与σs进行比较，满足第三强度理论。
强度=σ1-σ3≤σs
若采用最大剪应力进行标定，则需满足
最大剪切=(σ1-σ3)/2≤σs/2
4. 主应力向量 Vector Primary
主应力矢量可以在3D中显示三个主应力的方向钢结构材料误差，正值朝外，负值朝内。此显示有助于描述结构中某一点所经历的最大法向应力的方向。
5. 重音错误
应力误差用于识别高误差区域，表明需要细化网格以获得更准确的结果，但对于非线性结果可能不准确，并且仅适用于各向同性材料。
6. 等效塑性应变
等效塑性应变用于测量结构的永久应变。当材料应力应变超过比例极限后，应力与应变呈现非线性关系。塑性行为表现为应力超过屈服强度后永久不可恢复的应变。由于比例极限和屈服强度非常接近，因此在 Ansys 计算中将它们合并为一个点。
如果要使用该选项获取塑性应力，需要先设置塑性材料的非线性属性。
3个工具
工具选项位于解决方案工具栏的工具中，包括应力工具、疲劳工具、接触工具、螺栓工具等。
3.1 压力工具
应力工具主要用于计算安全系数、安全裕度和应力比。安全裕度=安全系数-1，应力比=1/安全系数。
选择Stress Tool后，分析树中会生成Stress Tool工程，可以对其进行详细设置。
理论上，您可以选择最大等效应力、最大剪切应力、最大拉伸应力和莫尔-库仑应力。
允许强度应力极限类型（即校准基础）可以选择为拉伸屈服强度每材料拉伸屈服强度 (σs)、每材料拉伸极限强度极限 (σb) 或自定义自定义值。最大等效应力是 von-Mises 等效应力，用于计算成型材料。
最大剪切应力 Max Shear Stress 用于塑料材料的计算。从上述第三强度理论可以看出，最大剪应力不能直接与σs进行比较，需要与0.5σs进行比较。可以看出，使用第三强度理论时，折扣因子为0.5。如果使用第四强度理论，折扣因子应为1/√3≈0.6。 （参考《材料力学-刘洪文》）
最大拉伸应力通常用于脆性材料。此时应选择允许强度作为强度极限。脆性材料断裂安全系数的计算值往往需要较高才能保证安全。请自行检查不同行业脆性材料的断裂安全系数。
莫尔-库仑应力就是莫尔应力，需要选择拉伸许用强度和压缩许用强度。
3.2 疲劳工具
疲劳工具提供基于应力寿命和应变寿命的疲劳计算寿命，可以计算恒幅或变幅载荷、比例或非比例载荷。相关内容将在以后的疲劳寿命计算中进行说明。
3.3 联系工具
选择接触工具后，分析树中会生成接触工具项目，工具栏上会出现接触工具工具栏。
摩擦应力：显示由摩擦引起的切向应力。
压力：显示正常接触压力。
滑动距离：显示表面的相对滑动距离。
穿透深度：显示穿透深度。
间隙：显示弹球半径内的间隙值。
接触状态：提供有关对象是否接触的信息。 Over Constrained 表示过度约束，Far 表示在 pinball 范围之外，Near 表示在 pinball 范围内，Sliding 表示相对滑动，Sticking 表示粘合在一起。
例1 两个重叠的正方形，接触是粗糙的，边界条件如下，求接触处的压力。
添加了联系工具，默认设置。
在接触工具工具栏上选择接触 - 压力。默认设置计算结果如上图，单位为Mpa。
4 检测结果探针
检测显示用于显示某一点、线、面或体的检测结果。下面仅介绍常用选项。其余选项如果在以后的示例中应用，将详细解释。
4.1 变形、应变和应力
检测结果可以计算出的变形、应变和应力的类型与上面介绍的相同，不同的是：
1.对象选择中没有All body选项。您只能选择点、线、面、实体或网格单元。可以同时选择多个对象。
2. 在详细设置窗口中选择结果类型。
3、云图结果无法显示。仅计算出的最大值以图表的形式显示在信息窗口中。
4.2 反作用力和反作用力矩
确定反作用力和反作用力矩是工程应用中经常遇到的问题。 Workbench可以计算边界条件（包括弱弹簧）、接触、网格接触、梁/弹簧连接等下的近似反力和反力矩。
请注意，在获取连接或接触处的反作用力和反作用力矩时，需要在分析设置中打开输出控件 - 节点力。
例2：模型右端固定，左端施加力和力矩。求以下模型约束下的反作用力和反作用力矩。
在本例中，您只需要自己在Probe中添加反作用力和反作用力矩，在详细设置中将Location Method设置为Boundary Condition，然后在Boundary Condition下拉菜单中选择我们定义的固定约束即可。结果如下
5 图形显示工具
在分析树中选择一个计算结果，工具栏中会出现图形显示工具。
1.比例显示、显示模式、彩条显示、外观显示
这些显示工具都是我们常用的钢结构材料误差，其含义也很简单，不需要解释，这里不再赘述。
2.矢量显示
当选择矢量显示时，工具栏上会出现矢量显示工具栏。
3.最大值、最小值、探头
选择最大值和最小值时，程序会自动将它们标记在图表上，但应力奇异性需要用户判断，所以很多情况下不能直接使用最大值，而是需要我们手动检测。
写在最后，后处理的结果直接关系到我们准备的计算报告的质量。学习者应熟练操作常用功能。对应变应力的理论认识需要与材料力学的相关基础相结合。建议学习者多读书，打牢基础理论，树立信心。最后，注意计算结果，不要立即使用，尤其是应力结果。奇异应力通常出现在孔、尖角和固定约束中。随着网格的细化，应力会不断增加，并且不会趋于稳定，因此应力奇异点处的值不可靠，无法准确计算。 （关于应力奇点，下一篇文章会详细讲解）
至此，关于Ansys Workbench的基本内容就结束了。从下一篇文章开始，将开始详细的例子。
笔者作为一名半路出家的非结构分析学生，一直通过工作中的实际应用以及各种线上线下的资料来学习。难免会有很多错误和差错。请大家指正并批评。
