搜索厚壁圓筒彈塑性分析
2016-12-21 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
材料彈塑性
大多數(shù)工程材料(如鋼材、鋼筋混凝土)在加載變形過程中都存在線彈性階段、屈服階段和強化階段(見下圖)。隨著載荷的增加,結(jié)構(gòu)上應力大的點首先達到屈服強度,發(fā)生屈服而使結(jié)構(gòu)進入彈塑性狀態(tài)。這時雖然部分材料已進入塑性狀態(tài),但相當大部分仍處于彈性范圍,因而結(jié)構(gòu)仍可繼續(xù)承載,直至塑性部分進一步擴展而發(fā)生崩塌。
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例子
如圖所示鋼制厚壁圓筒,其內(nèi)徑r1=50mm,外徑r2=100mm,作用在內(nèi)孔上的自增強壓力p=375MPa,工作壓力p1=250MPa。材料屈服極限σ=500MPa。計算自增強處理后厚壁圓筒的承載能力。(參考文獻:徐一凡.考慮材料強化效應的自增強厚壁圓筒應力分析[J].化工設備設計.1991(4):8-12)
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理論解
根據(jù)彈塑性力學理論,由von Mises屈服條件,彈塑性區(qū)分界面半徑rc可由下式計算得到:
代入各參數(shù)得rc=0.08m
加載時,厚壁圓筒應力分布為:
將各參數(shù)代入上式,可得:
卸載后,厚壁圓筒內(nèi)殘余應力分布為:
將各參數(shù)代入上式,可得:
加載和卸載時,圓筒沿壁厚方向應力分布如下:
ANSYS APDL分析
定義材料彈塑性,采用雙線性隨動強化模型。例子簡化為平面應變問題,根據(jù)對稱性,取圓筒四分之一并施加垂直于對稱面的約束,指定載荷步數(shù)為3,分別模擬自增強、卸載和施加工作載荷三個過程。
計算得到自增強、卸載后的等效應力云圖如下:
以內(nèi)外徑的壁厚為路徑提取應力分布結(jié)果如下:
ANSYS Workbench分析
定義材料彈塑性,采用雙線性隨動強化模型。例子簡化為平面應變問題,根據(jù)對稱性,取圓筒四分之一并施加垂直于對稱面的約束,指定載荷步數(shù)為3,分別模擬自增強、卸載和施加工作載荷三個過程。
計算得到自增強、卸載后的等效應力云圖如下:
以內(nèi)外徑的壁厚為路徑提取應力分布結(jié)果如下:
最后提取出不同載荷下等效應力分布如下:
從圖中可以看出,當厚壁圓筒承載工作載荷時,內(nèi)壁處的總應力有所下降,外壁處的總應力有所上升,從而提高圓筒初始屈服壓力,更好地利用材料(了解壓力容器的讀者應會知道,該現(xiàn)象稱為材料的自增強效應)。
結(jié)果對比
誤差范圍內(nèi),apdl和wb精度均滿足需求。
附錄(命令流)
/CLEAR
/PREP7
ET, 1, 183,,,2
MP, EX, 1, 2E11
MP, PRXY, 1,0 .3
TB, BKIN, 1, 1
TBTEMP, 0
TBDATA, 1, 500E6, 0
PCIRC, 0.1, 0.05, 0, 90
ESIZE, 0.003
MSHKEY, 1
MSHAPE, 0
AMESH, ALL
FINISH
/SOLU
DL, 4,,UY
DL, 2,,UX
AUTOTS, ON
DELTIM, 0.2, 0.1, 0.3
KBC, 0
TIME, 1
SFL, 3, PRES, 375E6
LSWRITE
TIME, 2
SFL, 3, PRES, 0
LSWRITE
TIME, 3
SFL, 3, PRES, 250E6
LSWRITE
LSSOLVE, 1, 3
FINISH
/POST1
RSYS, 1
SET, 1
PLNSOL, S, EQV
FINISH
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