Vad betyder alla stress plot alternativen i SOLIDWORKS?
Vad visar Spänningsplottarna?
För många simulerare är Von Mises det enda spänningskriterium som utforskas av en studies resultat. Och det är väl inte märkligt med tanke på att i många av våra kunders fall räcker det att veta om modellen når sträckgränsen någonstans.
Om ni inte har märkt det förser faktiskt SOLIDWORKS oss med flera spänningsplottar än Von Mises. Så låt oss ta en titt på denna lista:
För den som gått en hållfasthetskurs nyligen eller jobbar dagligen med alla dessa är det inte svårt att gissa sig till vad spänningsplottarna visar. Ni är självklart välkomna att läsa denna blogg, men syftet idag är att förklara på en nivå för er som hade hållfasthetskursen för kanske 5, 10, eller 20 år sedan och behöver en liten uppfräschare i ämnet. Så låt oss dela upp denna blogg i tre delar; först förklara spänningarna i tre riktningar (S,T, och P), sedan de summerande spänningarna (TRI, INT, och VON), och sist de övriga spänningsplottarna (ERR och CP).
Del 1 – Spänningarnas tre riktningar
Normal stress översätts till normalspänning på svenska och definieras som spänning vars riktningen är vinkelrät mot kroppens tvärsnittsarea. I SOLIDWORKS benämns normalspänningen med S, därmed blir SX normalspänningen som visas i koordinatsystemets x-riktning.
Shear stress blir skjuvspänning på svenska och är då spänning vars riktning är parallell mot kroppens tvärsnittsarea. I SOLIDWORKS benämns skjuvspänningen med T, och koordinaterna i benämningen anger längs vilket plan. TXY anger skjuvspänningen på ett plan vinkelrät mot x-axeln riktad i y-riktningen. För mer om skuvspänningsriktningar har vi en blogg som djupdyker ämnet (klicka här).
Principial stress är huvudspänningar på svenska. Huvudspänning är spänning vars riktning är vinkelrät mot ett huvudplan. Vad är då ett huvudplan? Om vi godtyckligt definierar ett rakt plan lär den högst troligt ha både skjuvspänning och normalspänning på grund av att spänningarna inte är strikt vinkelräta eller parallella mot planet. Om man deformerar planet sådant att alla krafter blir vinkelräta mot den har man skapat ett huvudplan. I det tredimensionella fallet behövs tre huvudplan för att ha alla krafter vinkelrät mot något huvudplan. I SOLIDWORKS benämns huvudspänningarna till P som i principal. P1 är definitionsmässigt den största huvudspänningar och P3 den minsta.
Del 2 – Summan av alla spänningar
Triaxial stress, triaxialspänning i SOLIDWORKS är summan av alla huvudspänningar. Om man delar denna summa på tre får man medelvärdet av huvudspänningarna vilket också kallas den hydrostatiska spänningen, spänning som bara deformerar kroppens volym likformat. Om man subtraherar den hydrostatiska spänningen från den totala spänningen får man spänning som förvränger materialet.
I hållfasthetsteorin är det den förvrängande spänningen som orsakar sträckning av plastiska material. P1 är därmed en dålig indikation på om materialet nått sträckgränsen för plastiska material. Två kriterier som tar denna förvrängning i hänsyn är Tresca och Von Mises spänningskriterium.
Stress Intensity (P1-P3) är SOLIDWORKS Tresca spänningskriterium. Trescas kriterium säger att plastiska material når sträckgränsen när maximala skjuvspänningarna når sträckgränsen för skjuvhållfastheten på en enaxlig test av samma material. Dock både Von Mises och Tresca har bra kriterium för att estimera när plastiska material når sträckgränsen, så är Trescas kriterium mer konservativ när materialet når sträckgränsen.
Von Mises spänningskriterium, eller Maxwell-Hubert-Hencky-Von Mises spänningskriterium, heter så eftersom alla dessa herrar jobbade på teorin om maximal distorsionsenergi. Likt Tresca säger kriteriumet att plastiska material når sträckgränsen när den maximala distorsionsenergin når sträckgränsen för distorsionsenergin på en enaxlig test av samma material. Härleder man detta matematiskt och använder huvudspänningarna får man följande ekvation:
Del 3 – ERR och CP, de övriga spänningarna
Energy norm stress (ERR), är en funktion för simuleringsprogram att mäta programmets fel i sin beräkning av spänningen. SOLIDWORKS gör detta genom att titta på skillnaden mellan nodspänning och elementspänning. Ett användningsområde för denna spänningsplot kan vara att identifiera om elementsnätet vid kritisk geometri som en kant behöver förfinas.
Contact pressure (CP), kontakttryck är ett mått på förhållandet mellan den vinkelräta belastningen och den verkliga kontaktytan. För idealiskt styva material är kontaktytan mellan ett klot och en plan yta infinitesimalt litet. I verkligheten är inget material perfekt styvt och med belastning kan respektive kropp deformeras sådant att ytan blir större, vilket är den verkliga kontaktytan. Contact pressure är bara relevant att titta på om beräkningen innehåller kontaktvillkor av typen Contact, Virtual wall eller Shrink fit. Sedan behöver kropparna vara redan i kontakt, inget glapp får förekomma mellan kropparna. För att se kontaktkraften, högerklicka på Results och välj List Result Force. Sen under options klicka på Contact/Friction force och välj sedan vilka ytor som ska beaktas.
