FEA 中使用的重要术语和定义
有限元分析(FEA)中使用的一些重要术语和定义讨论如下。
应力
应力定义为单位面积上的力。当物体受到外力时,物体提供的内部阻力称为应力。
Ϭ = F/A
其中,
Ϭ = 应力
F = 作用在物体上的外力
A = 物体的横截面积
应力有多种形式,但主要分为三种类型:拉应力、压应力和剪应力,均讨论如下。
拉应力
当物体受到拉力时,物体针对其长度增加而施加的内部阻力称为拉应力,见图 1.5。

压应力
当物体受到压力时,物体针对其长度减小而施加的内部阻力称为压应力,见图 1.6。

剪应力
当两个物体由于施加平行于剪切平面的外力而倾向于相互滑动时,就会产生剪应力,见图 1.7。

应变
应变定义为当物体由于施加外力而变形时,长度变化与物体原始长度的比值,见图 1.8。

ε = dl/L
其中,
ε = 应变
dl = 物体长度的变化
L = 物体的原始长度
载荷
载荷定义为作用在物体上的外力。
位移
位移定义为物体长度或位置的变化。
胡克定律
根据胡克定律,应力与应变的比值是常数。它指出,当材料受到外部载荷时,在材料应力-应变曲线的弹性区域内,应力与应变成正比,见图 1.9。
常数 = 应力(Ϭ)/应变(ε)[在弹性区域内]

屈服强度
屈服强度定义为材料在施加载荷的影响下发生弹性变形并在载荷移除后恢复到其原始构型的最大应力(屈服应力)。它也定义为材料开始发生塑性变形的应力。
极限强度
极限强度定义为材料在受到外部载荷时能够承受的最大应力。它也定义为材料开始失效或弱化的应力。
断裂强度
断裂强度定义为材料由于断裂或破裂而失效的断裂应力。
杨氏模量
杨氏模量也称为弹性模量。它根据胡克定律定义材料的应力与应变之间的关系。它衡量材料的刚度。
E = 应力(Ϭ)/应变(ε)
E = FL / Adl
F = EAdl / L
F = (EA / L) dl
F = K * X
其中,
K = 刚度(E*A / L)
E = 杨氏模量
A = 横截面积
L = 原始长度
X = 长度变化(dl)
F = 施加的力
刚度
刚度定义为材料在受到外力时抵抗其变形的属性。
K = F / dl
其中,
K = 刚度
F = 施加的外力
dl = 位移(长度变化)
泊松比
泊松比定义为材料在施加载荷方向上的横向应变与轴向或纵向应变的比值,见图 1.10。材料在弹性极限内的泊松比是常数。这意味着材料在弹性极限内的横向应变与轴向或纵向应变的比值是常数。
μ = ε横向 / ε轴向
其中,
μ = 泊松比
ε横向 = 横向应变
ε轴向 = 轴向或纵向应变

轴向或纵向应变(ε轴向)= ΔL - L / L = dla / L
其中,
L = 初始/原始长度
ΔL = 最终长度
dla = 轴向长度变化
横向应变(ε横向)= ΔD - D / D = dll / D
其中,
D = 初始/原始宽度
ΔD = 最终宽度
dll = 横向宽度变化
蠕变
蠕变定义为材料缓慢或逐渐变形的趋势。它在低于材料屈服强度的应力影响下随时间增加,见图 1.11。它是一种材料属性,取决于应力和温度。

网格划分
网格划分定义为将物体划分为有限数量的具有简单几何形状的片段(称为单元)的过程,见图 1.12。

单元
单元是物体在网格划分时被划分成的简单几何形状的小片段。单元主要分为三种类型:1D 单元、2D 单元和 3D 单元,见下表:
单元类型 | 单元形状
---|---
1D 单元 |
2D 单元 | 

3D 单元 | 


节点
单元在称为节点的公共点处相互连接,见图 1.13 和 1.14。节点定义单元的形状。如果您移动单元的节点,单元的形状将根据节点的新位置而变化。

