ANSYS彈性及塑性分析非常經(jīng)典

1 彈塑性分析在這一冊(cè)中，我們將詳細(xì)地介紹由于塑性變性引起的非線性問題一彈塑性分析，我們的而：?什么是塑性?塑性理論簡(jiǎn)介?ANSYS程序中所用的性選項(xiàng)?怎樣使用塑性?塑性分析練習(xí)題什么是塑性塑性是一種在某種給定載荷下，材料產(chǎn)生永久變形的材料特性，對(duì)大多的工程材料來說,當(dāng)其應(yīng)力低于比例極限時(shí)，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系是線性盹另外，大多數(shù)材料在其應(yīng)力低于屈服點(diǎn)時(shí)，表現(xiàn)為彈性行為，也就是說?當(dāng)移走載荷時(shí)，其應(yīng)變也完全消失。由于屈服點(diǎn)和比例極限相差很小，因此在ANSYS程序中，假左它們相同。在應(yīng)力一應(yīng)變的曲線中.低于屈服點(diǎn)的叫作彈性局部，超過屈服點(diǎn)的叫作塑性局部，也叫作應(yīng)變強(qiáng)化局部。塑性分析中考慮了塑性區(qū)域的材料特性。即然塑性是不可恢復(fù)的，那么這種問題的就與加載歷史有關(guān)，這類非線性問題叫作與路徑相關(guān)的或非保守的非線性。路徑相關(guān)性是指對(duì)一種給左的邊界條件，可能有多個(gè)正確的解一內(nèi)部的應(yīng)力，應(yīng)變分布一存在，為了得到真正正確的結(jié)果.我們必須按照系統(tǒng)真正經(jīng)歷的加載過程加載。塑性應(yīng)變的大小可能是加載速度快慢的函數(shù)，如果塑性應(yīng)變的大小與時(shí)間有關(guān)，這種塑性叫作率無關(guān)性塑性，相反，與應(yīng)變率有關(guān)的性叫作率相關(guān)的塑性。?工程應(yīng)力，應(yīng)變與真實(shí)的應(yīng)力.應(yīng)變：塑性材料的數(shù)據(jù)一般以拉伸的應(yīng)力一應(yīng)變曲線形式給出。材料數(shù)據(jù)可能是工程應(yīng)力大應(yīng)變的塑性分析一般采用真實(shí)的應(yīng)力，應(yīng)變數(shù)據(jù)而小應(yīng)變分析一般采用工程的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)。當(dāng)材料中的應(yīng)力超過屈服點(diǎn)時(shí)，塑性被激活〔也就是說，有塑性應(yīng)變發(fā)生〕。而屈服應(yīng)力本身可能是以下某個(gè)參數(shù)的函數(shù)匚?以前的應(yīng)變歷史限壓力它參數(shù)塑性理論介紹在這一章中，我們將依次介紹塑性的三個(gè)主要方面：?屈服準(zhǔn)那么?流動(dòng)準(zhǔn)那么?強(qiáng)化準(zhǔn)那么對(duì)單向受拉試件.我們可以通過簡(jiǎn)單的比擬軸向應(yīng)力與材料的屈服應(yīng)力來決左是否有塑性變形發(fā)生，然而，對(duì)于一般的應(yīng)力狀態(tài)，是否到達(dá)屈服點(diǎn)并不是明顯的。屈服準(zhǔn)那么是一個(gè)可以用來與單軸測(cè)試的屈服應(yīng)力相比擬的應(yīng)力狀態(tài)的標(biāo)量表示。因此知道了應(yīng)力狀態(tài)和屈服準(zhǔn)那么，程序就能確左是否有塑性應(yīng)變產(chǎn)生。屈服準(zhǔn)那么的值有時(shí)候也叫作等效應(yīng)力，一個(gè)通用的屈服準(zhǔn)那么是VonMises屈服準(zhǔn)那么.當(dāng)?shù)刃?yīng)力超過材料的屈服應(yīng)力時(shí)，將會(huì)發(fā)生塑性變形。D軸的圓柱而，在2-D中，屈服而是一個(gè)橢圓，在屈服而內(nèi)部的任何應(yīng)力狀態(tài)，都是彈性的，屈服面外部的任何應(yīng)力狀態(tài)都會(huì)引起屈服。注意：靜水壓應(yīng)力狀態(tài)〔6=6=6〕不會(huì)導(dǎo)致屈服：屈服與靜水壓應(yīng)力無關(guān)，而只與偏差應(yīng)力有關(guān)，因此了上壤和脆性材料外典型使用的屈服準(zhǔn)那么，在土壤和脆性材料中，屈服應(yīng)力是與靜水壓應(yīng)力。流動(dòng)準(zhǔn)那么描述了發(fā)生屈服時(shí)，塑性應(yīng)變的方向.也就是說，流動(dòng)準(zhǔn)那么左義了單個(gè)塑性應(yīng)一般來說，流動(dòng)方程是塑性應(yīng)變?cè)诖怪庇谇姆较蜷_展的屈服準(zhǔn)那么中推導(dǎo)出來的。這種流動(dòng)準(zhǔn)那么叫作相關(guān)流動(dòng)準(zhǔn)那么，如果不用其它的流動(dòng)準(zhǔn)那么〔從其它不同的函數(shù)推導(dǎo)出來〕。那么叫作不相關(guān)的流動(dòng)準(zhǔn)那么。強(qiáng)化話那么描述了初始屈服準(zhǔn)那么隨著塑性應(yīng)變的增加是怎樣開展的。一般來說，屈服而的變化是以前應(yīng)變歷史的函數(shù)，在ANSYS程序中，使用了兩種強(qiáng)化準(zhǔn)等向強(qiáng)化是指屈服而以材料中所作塑性功的大小為根底在尺寸上擴(kuò)張。對(duì)Mises屈服準(zhǔn)那么來說，屈服而在所有方向均勻擴(kuò)張。見圖3-2。由于等向強(qiáng)化，在受壓方向的屈服應(yīng)力等于受拉過程中所到達(dá)的最髙應(yīng)力。隨動(dòng)強(qiáng)化假立屈服而的大小保持不變而僅在屈服的方向上移動(dòng)，當(dāng)某個(gè)方向的屈服應(yīng)力升高時(shí)，其相反方向的屈服應(yīng)力應(yīng)該降低。見圖3-3。在隨動(dòng)強(qiáng)化中，由于拉伸方向屈服應(yīng)力的增加導(dǎo)致壓縮方向屈服應(yīng)力的降低，所以在對(duì)應(yīng)的兩個(gè)屈服應(yīng)力之間總存一個(gè)2?！?，的差值，初始各向同性的材料在屈服后將不再是向同性塑性選項(xiàng)ANSYS程序提供了多種塑性材料選項(xiàng)，在此主要介紹四種典型的材料選項(xiàng)可以通過激活一個(gè)數(shù)據(jù)表來選擇這些選項(xiàng)。?經(jīng)典雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化BKIN?雙線性等向強(qiáng)化?多線性隨動(dòng)強(qiáng)化?多線性等向強(qiáng)化經(jīng)典的雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化MKINISO〔BKIN〕使用一個(gè)雙線性來表示應(yīng)力應(yīng)變曲線，所以有兩個(gè)斜率,彈性斜率和塑性斜率，由于隨動(dòng)強(qiáng)化的Vonmises屈服準(zhǔn)那么被使用，所以包含有鮑辛格效應(yīng)，此選項(xiàng)適用于遵守VonVises屈服準(zhǔn)那么，初始為齊向同性材料的小應(yīng)變問題，這包括大多數(shù)E需要輸入的常數(shù)是屈服應(yīng)力〔7V和切向斜率T，可以泄義髙達(dá)六條不同溫度下的曲線。?彈性模量也可以是與溫度相關(guān)的Et不可以是負(fù)數(shù)，也不能大于彈性模量在使用經(jīng)典的雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化時(shí)，可以分下而三步來左義材料特性。雙線性等向強(qiáng)化〔BISO〕,也是使用雙線性來表示應(yīng)力一應(yīng)變曲線，在此選項(xiàng)中，等向強(qiáng)化的VonMises屈服準(zhǔn)那么被使用，這個(gè)選項(xiàng)一般用于初始各向同性材料的大應(yīng)變問題。需要輸入的多線性隨動(dòng)強(qiáng)化〔MKIN〕使用多線性來表示應(yīng)力一應(yīng)變曲線，模擬隨動(dòng)強(qiáng)化效應(yīng)，這個(gè)選項(xiàng)使用VonMises屈服準(zhǔn)那么，對(duì)使用雙線性選項(xiàng)〔BKIN〕不能足夠表示應(yīng)力一應(yīng)變曲線的小應(yīng)有用的。需要的輸入包括最多五個(gè)應(yīng)力一應(yīng)變數(shù)據(jù)點(diǎn)〔用數(shù)據(jù)表輸入〕，可以左義五條不同溫度下在使用多線性隨動(dòng)強(qiáng)化時(shí)，可以使用與BKIN相同的步驟來左義材料特性，所不同的是在數(shù)據(jù)表中輸入的常數(shù)不同，下面是一個(gè)用命令流泄義多線性隨動(dòng)強(qiáng)化的標(biāo)準(zhǔn)輸入。TB,MK2N,3TBDATA,,多線性等向強(qiáng)化〔MISO〕使用多線性來表示使用VonMises屈服準(zhǔn)那么的等向強(qiáng)化的應(yīng)力一應(yīng)其材料特性的定義步驟如下：條溫度曲線有它自己的輸入表。怎樣使用塑性用的性的一些原那么用YS性的一些原那么?加強(qiáng)收斂性的方法?查看塑性分析的結(jié)果?常數(shù)應(yīng)該是塑性選項(xiàng)所期望的形式，例如，我們總是需要應(yīng)力和總的應(yīng)變，而不是應(yīng)力與塑性?如果還在進(jìn)行大應(yīng)變分析，應(yīng)力一應(yīng)變曲線數(shù)據(jù)應(yīng)該是真實(shí)應(yīng)力一真實(shí)應(yīng)變。T對(duì)雙線性選項(xiàng)〔BKIN,BISO〕,輸入常數(shù)〔jJnE可以按下述方法來決左，如果材料沒有明顯的T屈服應(yīng)力通常以產(chǎn)生0.2%的塑性應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為屈服應(yīng)力，而?可以通過在分析中所預(yù)期的應(yīng)變范圍內(nèi)來擬合實(shí)驗(yàn)曲線得到。步選項(xiàng)：?使用的子步數(shù)〔使用的時(shí)間步長(zhǎng)〕，既然塑性是一種與路徑相關(guān)的非線性，因此需要使用許多載荷增量來加載?激活自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)?如果在分析所經(jīng)歷的應(yīng)變范圍內(nèi)，應(yīng)力一應(yīng)變曲線是光滑的，使用預(yù)測(cè)器選項(xiàng)，這能夠極大的降低塑性分析中的總體迭代數(shù)。輸出量在塑性分析中，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以輸出以下量：EPPL—塑性應(yīng)變分量等等PSV—塑性狀態(tài)變量PLWK—單位體積內(nèi)累加的塑性功上而所列節(jié)點(diǎn)的塑性輸出量實(shí)際上是離節(jié)點(diǎn)最近的那個(gè)積分點(diǎn)的值。如果一個(gè)單元的所有積分點(diǎn)都是彈性的〔EPEQ=0〕,那么節(jié)點(diǎn)的彈性應(yīng)變和應(yīng)力從積分點(diǎn)外插得到，如果任一積分點(diǎn)是塑性的〔EPEQ>0〕,那么廿點(diǎn)的彈性應(yīng)變和應(yīng)力實(shí)際上是積分點(diǎn)的值，這是程序的缺省情況，但可以人為的改變它。程序使用中的一些根本原那么：下而的這些原那么應(yīng)該有助于可執(zhí)行一個(gè)精確的塑性分析是系統(tǒng)剛開始屈服時(shí)的載荷.那么在塑性范圍內(nèi)的載荷增量應(yīng)近似為：?0.05*Fy—對(duì)用而力或集中力加載的情況?Fy-對(duì)用位移加載的情況在厚度方向必須至少有二個(gè)單元。單元足夠大，應(yīng)該防止應(yīng)力奇異，由于建模而導(dǎo)致的應(yīng)力奇異有：?單點(diǎn)加載或單點(diǎn)約朿?模型之間采用單點(diǎn)連接?單點(diǎn)耦合或接觸條件5>如果模型的大局部區(qū)域都保持在彈性區(qū)內(nèi)，那么可以釆用以下方法來降低計(jì)算時(shí)間：?在彈性區(qū)內(nèi)僅僅使用線性材料特性〔不使用TB命令〕?在線性局部使用子結(jié)構(gòu)如果不收斂是由于數(shù)值計(jì)算導(dǎo)致的，可以采用下述方法來加強(qiáng)問題的收斂性：1、使用小的時(shí)間步長(zhǎng)2、如果自適應(yīng)下降因子是關(guān)閉的，翻開它，相反，如果它是翻開的，且割線剛度正在被連續(xù)地使用，那么關(guān)閉它。4、預(yù)測(cè)器選項(xiàng)有助于加速緩慢收斂的問題，但也可能使英它的問題變得不穩(wěn)左。5、可以將缺省的牛頓一拉普森選項(xiàng)轉(zhuǎn)換成修正的〔MODI〕或初始剛度〔INIT〕牛頓一拉普森選項(xiàng)，這兩個(gè)選項(xiàng)比全牛頓一拉普森選項(xiàng)更穩(wěn)左〔需要更的迭代〕，但這兩個(gè)選項(xiàng)僅在小撓度和小應(yīng)變塑性分析中有效。査看結(jié)果1、感興趣的輸出項(xiàng)〔例如應(yīng)力，變形，支反力等等〕對(duì)加載歷史的響應(yīng)應(yīng)該是光滑的.一個(gè)不光滑的曲線可能說明使用了太大的時(shí)間步長(zhǎng)或太粗的網(wǎng)格。塑性分析實(shí)例〔GUI方法〕在這個(gè)實(shí)例分析中，我們將進(jìn)行一個(gè)圓盤在周期載荷作用下的塑性分析。一個(gè)周邊簡(jiǎn)支的圓盤，在其中心受到一個(gè)沖桿的周期作用。由于沖桿被假泄是剛性的,因此在建模時(shí)不考慮沖桿，而將圓盤上和沖桿接觸的結(jié)點(diǎn)的Y方向上的位移耦合起來。由于模型和載荷都是軸對(duì)稱的，因此用軸對(duì)稱模型來進(jìn)行汁算。求解通過四個(gè)載荷步實(shí):材料性質(zhì)：應(yīng)變0.1加載歷史：0123塑性時(shí)的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系如下:應(yīng)力LL載荷步驟一：建立計(jì)算所需要的模型。在這一步中，建立計(jì)算分析所需要的模型，包括立義單元類型，劃分網(wǎng)格，給泄邊界條件?并將步驟二：恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)文件“exercise,db"步驟三：定義材料性質(zhì)5、單擊0K°步驟四：定義和填充多線性隨動(dòng)強(qiáng)化數(shù)據(jù)表〔MKIN〕MKIN對(duì)話框出現(xiàn)。Tables〔圖形表示數(shù)據(jù)表〕對(duì)話框?qū)绗F(xiàn)步驟五：進(jìn)入求解器步驟六：定義分析類型和選項(xiàng)步驟七：翻開預(yù)測(cè)器，設(shè)置輸出控制。F步驟八：設(shè)置裁荷步選項(xiàng)步驟九：對(duì)第一個(gè)載荷步加載步驟十：將第一個(gè)載荷步寫入載荷步文件。步驟十一：對(duì)第二個(gè)載荷步加載，并寫入載荷步文件。7、在"LSNUM"的輸入框中鍵入2步驟十二：對(duì)第