云境课堂 | 应力应变是个啥？
Simversus
大家好哇，新的一期云境课堂又和大家见面了~在之前的课堂中，我们已经跟大家介绍过关于网格、后处理可视化、协作等功能和相关知识的科普了。今天跟大家跟大家聊一聊之前没有详细展开的，仿真配置模块中的“结果控制”功能。
目前，云境智仿Simversus在“结果控制”功能中支持用户查看“位移”，如图：我们可以看到这个椅子的位移最大可以达到约8.77mm（材质环氧树脂：杨氏模量2500兆帕，泊松比0.3，密度1400kg/m³；力载荷0.05兆帕）。
喂喂喂，位移的概念我早知道了，这次有什么新鲜点儿的没有？？？
玛卡
巴卡
唔西
迪西
位移是我们基于仿真过程中需要形变的绝对值结果的考虑，但是如果我们需要的求解结果变形的相对数值，以及想要通过仿真运算估算一个几何的结构强度，阁下又该如何面对呢？
额，你有什么新的招数？
玛卡
巴卡
唔西
迪西
位移的结果已经不能够满足我仿真的需求了，这时候需要引入一对物理量帮助我们进行求解，那就是应力与应变，想知道吗？往下看吧！
首先我们来简单介绍一下位移与应力应变的关系：
位移是指的物体受到载荷后有方向的位置变化，是一个矢量。
应变则是指的物体受到载荷后，单位程度上的变形程度，用单位长度的相对变化反映物体的变形程度。对于线弹性材料，应变和应力成正比，其比例系数为弹性模量。
因此，当我们需要对受到外力的物体进行变形程度、强度等分析时，就需要借助应力与应变这对物理量，接下来，让我们一起展开聊聊吧～
应力---名义应力与真实应力
应力：物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，单位面积上的内力称为应力。常见的应力类型有名义应力、真实应力、范式等效应力等。
①名义应力：也称工程应力，指在不考虑几何不连续性（如孔、槽、带、波纹等）的情况下，在试样的有效横截面上计算得到的应力。例如将一根钢筋拉断后，虽然钢筋受到拉伸的过程中其横截面产生了变化，但是仍然按照其原来的横截面进行计算。一般适用于小变形的场景。
②真实应力：也称柯西应力，是指拉伸（或压缩）试验时，变形力与当时实际截面积（而不是初始截面积）之比。在计算真实应力时，需要考虑物理受到载荷后，横截面面积不断变化的情况。
③应力又可以分为正应力与切应力：同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为切应力或剪应力。
正应力云图
切应力云图
应力---范式等效应力
范式等效应力（Von Mises Stress）是一种用于衡量材料屈服或破坏的准则，它是将材料的三个主应力转化为一个等效应力值，用于描述材料在该应力状态下的屈服情况。当材料受到外部载荷作用时，不均匀的应力分布可能导致局部应力超过材料极限强度，从而引起材料的屈服或破坏。其单位为Pa。
应变---柯西应变
应变：指在外力和非均匀温度场等因素作用下物体局部的相对变形。应变是没有单位的，仅仅是一个数值。
对于不同的分析，涉及到的应变也不同。针对线性分析，我们通常使用柯西应变（cauchy strain）。
柯西应变可以分为正应变和切应变：
①正应变也叫切应变，它是某一方向上微小线段因变形产生的长度增量（伸长时为正）与原长度的比值。
正应变云图
②切应变又叫剪应变或角应变，它是两个相互垂直方向上的微小线段在变形后夹角的改变量。
切应变云图
应变---格林应变
而对于大变形非线性的情况，则需要通过格林应变（green strain）进行计算分析，格林应变不随刚体运动而变化。
应力与应变的分布如图所示，当这样的一把椅子发生了以上的受力时，应力集中在椅面和前椅腿的弯折处，正/切应变也在该弯折处达到最大。当其正/切应变超出椅子材质本身的屈服应变时，椅子就会发生结构上的损坏，这个时候我们就可以通过更换材料、优化设计等方式去避免这种情况发生。
应力和应变是作为工程师参考结构强度的两个重要参数，对于结构仿真是必不可少的。在结果控制中支持应力和应变这一功能也在即将到来的Simversus v1.8中上线，大家可以期待一下啦~
