ANSYS彈性及塑性分析非常經(jīng)典

1 彈塑性分析在這一冊中，我們將詳細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?塑性理論簡介?ANSYS程序中所用的性選項?怎樣使用塑性?塑性分析練習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，對大多的工程材料來說,當其應(yīng)力低于比例極限時，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)力低于屈服點時，表現(xiàn)為彈性行為，也就是說?當移走載荷時，其應(yīng)變也完全消失。由于屈服點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.低于屈服點的叫作彈性局部，超過屈服點的叫作塑性局部，也叫作應(yīng)變強化局部。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)性是指對一種給左的邊界條件，可能有多個正確的解一內(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)。當材料中的應(yīng)力超過屈服點時，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主要方面：?屈服準那么?流動準那么?強化準那么對單向受拉試件.我們可以通過簡單的比擬軸向應(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，對于一般的應(yīng)力狀態(tài)，是否到達屈服點并不是明顯的。屈服準那么是一個可以用來與單軸測試的屈服應(yīng)力相比擬的應(yīng)力狀態(tài)的標量表示。因此知道了應(yīng)力狀態(tài)和屈服準那么，程序就能確左是否有塑性應(yīng)變產(chǎn)生。屈服準那么的值有時候也叫作等效應(yīng)力，一個通用的屈服準那么是VonMises屈服準那么.當?shù)刃?yīng)力超過材料的屈服應(yīng)力時，將會發(fā)生塑性變形。D軸的圓柱而，在2-D中，屈服而是一個橢圓，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)都會引起屈服。注意：靜水壓應(yīng)力狀態(tài)〔6=6=6〕不會導致屈服：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。流動準那么描述了發(fā)生屈服時，塑性應(yīng)變的方向.也就是說，流動準那么左義了單個塑性應(yīng)一般來說，流動方程是塑性應(yīng)變在垂直于屈服而的方向開展的屈服準那么中推導出來的。這種流動準那么叫作相關(guān)流動準那么，如果不用其它的流動準那么〔從其它不同的函數(shù)推導出來〕。那么叫作不相關(guān)的流動準那么。強化話那么描述了初始屈服準那么隨著塑性應(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，使用了兩種強化準等向強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張。對Mises屈服準那么來說，屈服而在所有方向均勻擴張。見圖3-2。由于等向強化，在受壓方向的屈服應(yīng)力等于受拉過程中所到達的最髙應(yīng)力。隨動強化假立屈服而的大小保持不變而僅在屈服的方向上移動，當某個方向的屈服應(yīng)力升高時，其相反方向的屈服應(yīng)力應(yīng)該降低。見圖3-3。在隨動強化中，由于拉伸方向屈服應(yīng)力的增加導致壓縮方向屈服應(yīng)力的降低，所以在對應(yīng)的兩個屈服應(yīng)力之間總存一個2?！觯牟钪?，初始各向同性的材料在屈服后將不再是向同性塑性選項ANSYS程序提供了多種塑性材料選項，在此主要介紹四種典型的材料選項可以通過激活一個數(shù)據(jù)表來選擇這些選項。?經(jīng)典雙線性隨動強化BKIN?雙線性等向強化?多線性隨動強化?多線性等向強化經(jīng)典的雙線性隨動強化MKINISO〔BKIN〕使用一個雙線性來表示應(yīng)力應(yīng)變曲線，所以有兩個斜率,彈性斜率和塑性斜率，由于隨動強化的Vonmises屈服準那么被使用，所以包含有鮑辛格效應(yīng)，此選項適用于遵守VonVises屈服準那么，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不可以是負數(shù)，也不能大于彈性模量在使用經(jīng)典的雙線性隨動強化時，可以分下而三步來左義材料特性。雙線性等向強化〔BISO〕,也是使用雙線性來表示應(yīng)力一應(yīng)變曲線，在此選項中，等向強化的VonMises屈服準那么被使用，這個選項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強化〔MKIN〕使用多線性來表示應(yīng)力一應(yīng)變曲線，模擬隨動強化效應(yīng)，這個選項使用VonMises屈服準那么，對使用雙線性選項〔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應(yīng)力一應(yīng)變數(shù)據(jù)點〔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強化時，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，下面是一個用命令流泄義多線性隨動強化的標準輸入。TB,MK2N,3TBDATA,,多線性等向強化〔MISO〕使用多線性來表示使用VonMises屈服準那么的等向強化的應(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)該是真實應(yīng)力一真實應(yīng)變。T對雙線性選項〔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)變所對應(yīng)的應(yīng)力作為屈服應(yīng)力，而?可以通過在分析中所預期的應(yīng)變范圍內(nèi)來擬合實驗曲線得到。步選項：?使用的子步數(shù)〔使用的時間步長〕，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?激活自動時間步長?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，使用預測器選項，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，對每個節(jié)點都可以輸出以下量：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)點的塑性輸出量實際上是離節(jié)點最近的那個積分點的值。如果一個單元的所有積分點都是彈性的〔EPEQ=0〕,那么節(jié)點的彈性應(yīng)變和應(yīng)力從積分點外插得到，如果任一積分點是塑性的〔EPEQ>0〕,那么廿點的彈性應(yīng)變和應(yīng)力實際上是積分點的值，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)行一個精確的塑性分析是系統(tǒng)剛開始屈服時的載荷.那么在塑性范圍內(nèi)的載荷增量應(yīng)近似為：?0.05*Fy—對用而力或集中力加載的情況?Fy-對用位移加載的情況在厚度方向必須至少有二個單元。單元足夠大，應(yīng)該防止應(yīng)力奇異，由于建模而導致的應(yīng)力奇異有：?單點加載或單點約朿?模型之間采用單點連接?單點耦合或接觸條件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算時間：?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)值計算導致的，可以采用下述方法來加強問題的收斂性：1、使用小的時間步長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、預測器選項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轉(zhuǎn)換成修正的〔MODI〕或初始剛度〔INIT〕牛頓一拉普森選項，這兩個選項比全牛頓一拉普森選項更穩(wěn)左〔需要更的迭代〕，但這兩個選項僅在小撓度和小應(yīng)變塑性分析中有效。査看結(jié)果1、感興趣的輸出項〔例如應(yīng)力，變形，支反力等等〕對加載歷史的響應(yīng)應(yīng)該是光滑的.一個不光滑的曲線可能說明使用了太大的時間步長或太粗的網(wǎng)格。塑性分析實例〔GUI方法〕在這個實例分析中，我們將進行一個圓盤在周期載荷作用下的塑性分析。一個周邊簡支的圓盤，在其中心受到一個沖桿的周期作用。由于沖桿被假泄是剛性的,因此在建模時不考慮沖桿，而將圓盤上和沖桿接觸的結(jié)點的Y方向上的位移耦合起來。由于模型和載荷都是軸對稱的，因此用軸對稱模型來進行汁算。求解通過四個載荷步實:材料性質(zhì)：應(yīng)變0.1加載歷史：0123塑性時的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系如下:應(yīng)力LL載荷步驟一：建立計算所需要的模型。在這一步中，建立計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：恢復數(shù)據(jù)庫文件“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強化數(shù)據(jù)表〔MKIN〕MKIN對話框出現(xiàn)。Tables〔圖形表示數(shù)據(jù)表〕對話框?qū)绗F(xiàn)步驟五：進入求解器步驟六：定義分析類型和選項步驟七：翻開預測器，設(shè)置輸出控制。F步驟八：設(shè)置裁荷步選項步驟九：對第一個載荷步加載步驟十：將第一個載荷步寫入載荷步文件。步驟十一：對第二個載荷步加載，并寫入載荷步文件。7、在"LSNUM"的輸入框中鍵入2步驟十二：對第