並非所有應力熱點都與應力奇異性相關。 在熱點區域局部精細化網格可消除這些因非奇異性應力集中處而產生的應力熱點。
應力奇異性較有特色的現象是應力值會隨著網格精細化而持續增加 (在局部使用網格控制或透過編輯網格的方式全域進行),且在理論上會分歧至無限大。 如果應力熱點元素上的應力未隨網格變得更精細而增加,並向有限值收斂,這些應力會指出應力集中處 (具有「合乎規定」高應力的區域)。
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若銳角凹角角落處附近的應力隨著網格進行精細而發生分歧,則表示有應力奇異性。 |
應力集中處的特色是模型局部區域上的應力梯度較相鄰元素大很多。 如果網格受到足夠的精細化,合乎規定應力集中處所造成的高應力梯度將收斂至限制值。 在發生變化的幾何中,例如板材中存在的孔、有不同材料的邊界,以及與本體接觸的點,可觀察到這些情況。
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若鑽孔附近的應力隨著網格進行精細而發生收斂,則表示有應力集中之處。 |
您可以在文獻資料中找到包含具有分析性質解答之問題,其最大應力/公稱應力之應力集中係數的表格資料 (Young, W., Budynas, R., (2001), Roark’s Formulas for Stress and Strain, Chapter 17 – Stress Concentration Factors for Elastic Stress (Kt))
對於處理應力奇異性的建議
- 為了區分應力奇異性與合乎規定應力集中處,請全域精細化網格,或在偵測到應力熱點的區域局部進行網格精細化。 重新執行應力熱點診斷工具時,應篩選排除應力集中的區域,剩餘的應力熱點便會指出應力奇異性。 請注意,在現實世界中,應力奇異性並不會發生,因為當應力超出材料的最大強度限制時,材料將會降伏或破裂。
- 請為有高應力梯度的尖銳邊線加入圓角,並將有高應力梯度的角落變圓滑。 圓角會將應力分佈到較廣大的區域,並有效增加零件的負載承載力。 請記住,在真實世界中,製造的「尖銳角落」將一律具有小圓角半徑。
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尖銳邊線的不規則應力分佈。 |
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圓化角落的平順應力分佈。 |
- 如果可以,請避免在頂點上或沿著邊線套用負載。 請將負載分佈到模型上的正確從屬區域,盡量精確地估算出實際負載情況。 請記住,即使負載是以產生應力奇異性的單點負載形式施加 (σ = P/A 且 A=0 → σ=∞),距離施加之負載有一段距離的應力分佈仍會是正確的。 這是以 St. Venant 原理為根據,該原理表示兩個彼此不同,但靜態上相等的負載,其之間的差異在距離負載足夠遠的位置時會變得非常小。
- 應力奇異性只會影響局部的應力分佈。 您可以忽略這些局部應力奇異性區域 (特別是當它們不靠近模擬中的您關注區域時),並檢查較遠處「不受影響」的應力結果。