一线工程师总结Ansys Workbench工程材料库实践应用

Workbench的工程材料库Engineering Data用于材料数据的管理，本文通过介绍实践应用中如何创建自己的材料库来学习此模块。

通过双击分析模块的Engineering Data栏进入工程材料库。

默认的工程材料库界面如下

点击标题栏Engineering Data Sources图标可以进入工程材料源界面

其中材料源窗口的收藏栏Favorites表示常用材料集合。

许多初学者用了很久的Ansys Workbench，还不清楚怎么设置默认材料，每次都只临时设置材料，换下一个项目又得重新设置。今天教大家如何一劳永逸地设置自己常用的材料。

Step1，新建自己的材料库

进入Engineering Deta Source界面。在Engineering Deta Source窗口最下方点击click here to add a new library输入自己的材料库名称。

回车(或点击空白处）后跳到保存对话框，选择保存的位置，输入保存到电脑的材料库名称，然后点击保存。

step3，新建自己的材料

在下方的outine窗口中添加材料，在click here to add a new material中输入新材料名称。

在properties窗口中添加材料属性，对于线性静力学分析，杨氏模量与泊松比是必须的，如果需要用到加速度/重力等惯性力，还需要用到密度。

在左侧的toolbox中双击Physical Properties（物理属性）标签下的Density（密度）与Linear Elastic（线性弹性）标签下的Isotropic Elasticity（各向同性弹性）

输入密度、杨氏模量与泊松比

最后退出编辑，取消自定义材料库勾选。

step4，将新材料添加到收藏夹和默认材料

在outine窗口，点击自定义材料后的+，将材料添加到首页材料。

在outine 窗口，右击自定义的材料，选择Add to Favorites，将材料添加到收藏。

如果要将材料作为实体分析或流体分析的默认材料，返回默认界面：在菜单栏（或者在空白处右击）找到材料源Engineering Deta Source，并点击退出。

右击要设置为默认的材料——Default Solid Material For Model

通过以上设置，Q345成为了我们的默认材料，如果还需要添加其他自定义材料，只需要进入Engineering Deta Source界面，在Engineering Deta Source窗

口勾选我们自定义的材料源后面的方框，进入编辑模式。在Outline窗口中空白处右击——Refresh From Linked Source刷新链接的数据，在Outline窗口便出现了click here to add a new material栏，按上文操作添加材料即可。

应力（Stress）——是在施加的外力的影响下物体内部产生的内力与截面积的比值，表达公式：σ=F/A，单位：Pa，常用MPa。

应变（Strain）——是在施加的外力的影响下物体伸长量ΔL和原长L的比值所表示的伸长率或压缩率，公式表达为ε=ΔL/L0，无单位，常以百分比表示。

泊松比（Poisson's Rate）——是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变比值的绝对值，记为v=-ε1/ε2，无单位。金属材料泊松比都在0.3左右。

弹性模量——又称杨氏模量，弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质，是物体弹性变形难易程度的表征，用E表示。定义为材料在受力状态下应力（stress）与应变（strain）之比，表达公式：E = σ / ε，单位：Pa, 常用GPa。

剪切模量——剪切形变时的模量称为剪切模量，用G表示，对于各向同性材料G=E/[2(1+v)]。

上文提到：对于线性静力学分析，杨氏模量与泊松比是必须的，那么杨氏模量与泊松比如何影响计算结果呢。

由于应力是内力与截面积的比值，所以在的应力不受弹性模量大小的影响。只有拉伸或压缩外力时，这时构件内部只有拉应力或压应力，他们也不受泊松比大小的影响，当构件存在剪力、弯矩或扭矩时，泊松比不同会稍稍影响冯米思等效应力结果，但是可以忽略不计。

由于变形量（位移）ΔL=L0*ε=L0*σ/E，所以变形量受杨氏模量的影响，杨氏模量越大，变形量越小。另外，泊松比不同会影响横向位移结果，从而影响合位移结果。

常见钢材在拉伸时的应力应变曲线如下图，对于没有明显屈服阶段的材料如T10A，一般将产生0.2%塑性应变时的应力作为名义屈服极限，表示为σ0.2 。

塑性材料：试件拉断时的伸长率＞5%的材料，如钢、铝合金、黄铜等。

脆性材料：试件拉断时的伸长率≤5%的材料，如灰铸铁、玻璃、陶瓷等。脆性材料无屈服强度，拉断时达到强度极限。

材料力学研究中有4个强度理论，脆性材料常用最大拉应力和最大拉应变理论，塑性材料常用最大切应力与应变能密度理论（即Von Miss屈服理论）。而在有限元分析中，常用的是Von Miss屈服理论。材料承受的应力＞Von Miss等效应力时将发生屈服。

如果构件的应力＜Von Miss等效应力，可以使用默认的线性材料代替，应力应变曲线如下图。

但是当需要用到非线性材料时，需要对材料做出相应设置。以下以设置塑性材料Q235为例。

在材料库中添加新材料，名称为Q235，添加Physical Properties（物理属性）——Density（密度）与Linear Elastic（线性弹性）——Isotropic Elasticity（各向同性弹性）属性并设置。

展开工具箱Plasticity（塑性）标签栏，下表对各个选项进行说明

本例我们采用双线性等向强化，屈服强度Yield Strength设置为235MPa，切线模量Tangent Modulus就是屈服极限和强度极限之间的斜率，可通过网络查询得Q235的切线模量为6100MPa，如下图。

材料库的更多应用等待大家开发探索，由于本人水平有限，文中难免纰漏百出，请大家多多批评指正！