壳单元应力强度评价

壳单元应力和应变分量的含义不同于实体单元。默认情况下，实体单元的应力和应变分量都是基于全局坐标系，而壳单元的应力和应变分量是基于壳本身的局部坐标系。

如果在定义截面属性时指定了壳单元的局部坐标系，则应力、应变和截面力分量的方向都是基于此局部坐标系。如果没有指定壳单元的局部坐标系，则采用默认的局部坐标系方向，其确定方法如下：

1、全局坐标系x方向在壳单元面上的投影作为局部坐标系的1方向。如果全局坐标系的x方向与壳单元面法线方向的夹角小于等于0.1°，则将全局坐标系的z方向在壳单元面上的投影作为局部坐标系的1方向。

2、局部坐标系的2方向与1方向夹角为90度，由右手螺旋法则确定：伸开右手，让四指的方向与壳单元节点编号顺序相同，大拇指的指向即为局部坐标系的3方向，局部坐标系的2方向也同时被确定。

提示：在Visualization功能模块中点击（Plot Material Orientations on Deformed Shape、按钮，就可以查看壳单元局部坐标系的方向。

对于包含位移自由度的壳单元，各个应力分量的含义如下： S11：局部坐标系下1方向的正应力； S22：局部坐标系下2方向的正应力； S33：局部坐标系下3方向的正应力； S12：局部坐标系下1、2方向的切应力；

在局部坐标系下2、3方向和1、3方向没有切应力分量存在，因此在Visualization功能模块中，场变量的输出结果中只有S11、S22、S33、S12四个应力分量。

下面的例子可以帮助大家加深对壳单元应力分量的理解：圆管内径为5mm，厚度为0.1mm，两端施加100 N/mm2的轴向拉伸载荷。为便于施加边界条件，根据模型的对称性对1/4圆管建模（如图1所示、，在三条边上分别定义三个方向上的对称边界条件，载荷类型为Shell edge load（单位长度上的载荷、，大小为10 N/mm。壳单元类型为S4。

全局坐标系如图1所示。根据前面介绍的规则，壳单元的局部坐标系为：

1、方向：圆筒面的切向（全局坐标系的x方向在壳单元面上的投影；

2、方向：圆筒面的轴向； 3、方向：圆筒面的法向。

在分析结果中，S22为100 N/mm2，S11、S33和S12都为0。此时圆管的受力状态与壳单元的厚度无关，属于弹性力学中的平面应力问题。