ansys非線性分析3

關(guān)鍵字:ANSYS結(jié)構(gòu)非線性分析材料非線性分析

 

6 、非線性各向同性強(qiáng)化(NLISO)選項(xiàng)

這一選項(xiàng)基于 Voce 強(qiáng)化準(zhǔn)則,見《ANSYS Theory Reference》。NLISO選項(xiàng)是MISO選項(xiàng)的一個(gè)變種,即指數(shù)飽和強(qiáng)化項(xiàng)擴(kuò)展到線性項(xiàng),見 圖4-11 。這一選項(xiàng)的優(yōu)點(diǎn)是材料行為定義為特殊函數(shù),其中四個(gè)材料常數(shù)通過 TBDATA 命令來定義。用戶可以通過把材料拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線適當(dāng)?shù)卦嚺涞玫讲牧铣?shù)。與MISO選項(xiàng)不同的是,不需要注意如何恰當(dāng)?shù)囟x成對的材料應(yīng)力-應(yīng)變點(diǎn)。但是,這一選項(xiàng)僅適用于拉伸曲線與 圖4-11 所示相同者。這一選項(xiàng)適用于大應(yīng)變分析并且用戶可以把這一選項(xiàng)與非線性隨動強(qiáng)化(CHABCHE)選項(xiàng)組合,用于定義材料的各向同性強(qiáng)化行為。用戶也可以把這一選項(xiàng)與HILL選項(xiàng)組合,用于模擬各向異性塑性及各向同性強(qiáng)化;或與RATE組合,用于模擬率相關(guān)粘塑性。下面例子說明在二個(gè)溫度點(diǎn)上的溫度相關(guān)數(shù)據(jù)表:

TB,NLISO,1 ! Activate NLISO data table

TBTEMP,100 ! Define first temperature

TBDATA,1,C11,C12,C13,C14 ! Values for constants C11, C12, C13,

! C14 at first temperature

TBTEMP,200 ! Define second temperature

TBDATA,1,C21,C22,C23,C24 ! Values for constants C21, C22, C23,

! C24 at second temperature

有關(guān)命令 TB、TBTEMP、TBDATA 參見《ANSYS Commands Reference》。

圖4-11 NLISO應(yīng)力-應(yīng)變曲線

7 、各向異性(ANISO)選項(xiàng)

這一選項(xiàng)允許在材料x、y、z方向上有不同的雙線性應(yīng)力-應(yīng)變行為,以及在受拉、受壓、受剪時(shí)有不同的行為。這一選項(xiàng)適用于預(yù)先受到變形的金屬(如軋制)。不推薦用于周期荷載或非比例荷歷程,因?yàn)榧僭O(shè)了工作強(qiáng)化。屈服應(yīng)力和斜率不完全無關(guān),見《ANSYS Theory Reference》。為了定義各向異性材料特性,應(yīng)用 MP 命令(GUI:Main Menu> Solution>Other>Change Mat Props)來定義彈性模量(EX、EY、EZ、NUXY、NUYZ、NUXZ)。然后,應(yīng)用 TB 命令[ TB ,ANISO]和 TBDATA 命令定義屈服點(diǎn)和正切模量。參見《ANSYS Elements Reference》中的非線性應(yīng)力-應(yīng)變材料。

8 、HILL各向異性(HILL)選項(xiàng)

這一選項(xiàng)與其他選項(xiàng)組合,可模擬塑性、粘塑性、蠕變(應(yīng)用HILL模型),見§4.6。 Hill各向異性僅適用于下列單元:PLANE42、SOLID45、PLANE82、SOLID92、SOLID95、LIMK180、SHELL181, PLANE182、PLANE183、SOLID185、SOLID186、SOLID187、BEAM188和BEAM189。

下面例子說明HILL選項(xiàng)與BISO選項(xiàng)的組合:

TB,HILL,1,2 ! Activate HILL data table for two temps.

TBTEMP,100 ! Define first temperature as 100

TBDATA,1,1,1.0402,1.24897,1.07895,1,1 ! Values for Hill constants C1 to C6

TBTEMP,200 ! Define second temperature as 200

TBDATA,1,0.9,0.94,1.124,0.97,0.9,0.9 ! Values for Hill constants C1 to C6

TB,BISO,1,2 ! Activate BISO data table for two temps.

TBTEMP,100 ! Define first temperature as 100

TBDATA,1,461.0,374.586 ! Values for BISO constants C1 and C2

TBTEMP,200 ! Define second temperature as 200

TBDATA,1,461.0,374.586 ! Values for BISO constants C1 and C2

9 、Drucker-Prager(DP)選項(xiàng)

這一選項(xiàng)用于顆粒狀(摩擦)材料,如土、巖體、砼等,并利用圓錐面來近似Mohr-Coulomb定律。

MP,EX,1,5000

MP,NUXY,1,0.27

TB,DP,1

TBDATA,1,2.9,32,0 ! Cohesion = 2.9 (use consistent units),

! Angle of internal friction = 32 degrees,

! Dilatancy angle = 0 degrees

有關(guān)命令 MP、TB、TBDATA 見《ANSYS Commands Reference》。

4.2.3 怎樣使用塑性

在這一節(jié)中,我們將介紹在程序中怎樣使用塑性,重點(diǎn)介紹以下幾個(gè)方面:

· 可用的ANSYS輸入。

· ANSYS輸出量。

· 使用塑性的一些原則。

· 加強(qiáng)收斂性的方法。

· 查看塑性分析的結(jié)果。

4.2.3.1 ANSYS輸入

當(dāng)使用TB命令選擇塑性選項(xiàng)和輸入所需常數(shù)時(shí),應(yīng)該考慮到:

· 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)力與塑性應(yīng)變。

· 如果還在進(jìn)行大應(yīng)變分析,應(yīng)力-應(yīng)變曲線數(shù)據(jù)應(yīng)該是真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變。

對雙線性選項(xiàng)(BKIN,BISO),輸入常數(shù)和可以按下述方法來決定,如果材料沒有明顯的屈服應(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(yù)期的應(yīng)變范圍內(nèi)來擬合實(shí)驗(yàn)曲線得到。

其它有用的載荷步選項(xiàng):

· 使用的子步數(shù)(使用的時(shí)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(shí)間步長。

· 如果在分析所經(jīng)歷的應(yīng)變范圍內(nèi),應(yīng)力-應(yīng)變曲線是光滑的,使用預(yù)測器選項(xiàng),這能夠極大地降低塑性分析中的總的迭代數(shù)。

4.2.3.2 輸出量

在塑性分析中,對每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以輸出下列量:

EPPL-塑性應(yīng)變分量,等

EPEQ-累加的等效塑性應(yīng)變

SEPL-根據(jù)輸入的應(yīng)力-應(yīng)變曲線估算出的對于EPEQ的等效應(yīng)力

HPRES-靜水壓應(yīng)力

PSV-塑性狀態(tài)變量

PLWK-單位體積內(nèi)累加的塑性功

上面所列節(jié)點(diǎn)的塑性輸出量實(shí)際上是指離節(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),那么節(jié)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。

4.2.3.3 程序使用中的一些基本原則

下面的這些原則應(yīng)該有助于執(zhí)行一個(gè)精確的塑性分析。

1. 需要的塑性材料常數(shù)必須能夠足以描述所經(jīng)歷的應(yīng)力或應(yīng)變范圍內(nèi)的材料特性。

2. 慢加載,應(yīng)該保證在一個(gè)時(shí)間步內(nèi),最大的塑性應(yīng)變增量小于5%,一般來說,如果Fy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- 對用面力或集中力加載的情況

· Fy- 對用位移加載的情況

3. 當(dāng)模擬類似梁或殼的幾何體時(shí),必須有足夠的網(wǎng)格密度,為了能夠足夠地模擬彎曲響應(yīng),在厚度方向必須至少有二個(gè)單元。

4. 除非那個(gè)區(qū)域的單元足夠大,應(yīng)該避免應(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)約束

· 凹角

· 模型之間采用單點(diǎn)連接

· 單點(diǎn)耦合或接觸條件

5. 如果模型的大部分區(qū)域都保持在彈性區(qū)內(nèi),那么可以采用下列方法來降低計(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)

· 在線性部分使用子結(jié)構(gòu)

4.2.3.4 加強(qiáng)收斂性的方法

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

2.如果自適應(yīng)下降因子是關(guān)閉的,打開它,相反,如果它是打開的 ,且割線剛度正在被連續(xù)地使用,那么關(guān)閉它。

3. 用線性搜索,特別是當(dāng)大變形或大應(yīng)變被激活時(shí)。

4. 預(yù)測器選項(xiàng)有助于加速緩慢收斂的問題,但也可能使其它的問題變得不穩(wěn)定。

5.可以將缺省的牛頓-拉普森選項(xiàng)轉(zhuǎn)換成修正的(MODI)或初始剛度(INIT)牛頓-拉普森選項(xiàng),這兩個(gè)選項(xiàng)比全牛頓-拉普森選項(xiàng)更穩(wěn)定( 需要更多的迭代),但這兩個(gè)選項(xiàng)僅在小位移和小應(yīng)變塑性分析中有效。

4.2.3.5 查看結(jié)果

1.感興趣的輸出項(xiàng)(例如應(yīng)力,變形,支反力等)對加載歷史的響應(yīng)應(yīng)該是光滑的,一個(gè)不光滑的曲線可能表明使用了太大的時(shí)間步長或太粗的網(wǎng) 格。

2.時(shí)間步長內(nèi)的塑性應(yīng)變增量應(yīng)該小于5%,這個(gè)值在輸出文件中以“Max plastic Strain Step”輸出,也可以使用POST26來顯示這個(gè)值(Main Menu:Time Hist Postpro> Define Variables)。

3.塑性應(yīng)變等值線應(yīng)該是光滑的,通過任一單元的梯度不應(yīng)該太大。

4.畫出某點(diǎn)的應(yīng)力—應(yīng)變圖,應(yīng)力是指輸出量SEQV(Mises 等 效 應(yīng) 力),總應(yīng)變由累加的塑性應(yīng)變EPEQ和彈性應(yīng)變得來。

4.2.4 塑性分析實(shí)例-DP材料實(shí)例分析

4.2.4.1 問題描述

一根鐵樁插入土壤中,鐵樁上端受到垂直向下的載荷,試分析此時(shí)鐵樁對土壤的影響。由于土壤區(qū)域無限大,我們只取一相對于鐵樁來說足夠大的半圓形區(qū)域作為研究對象,其與外界土壤的聯(lián)系通過彈簧單元來模擬。

圖4-12 問題描述圖

4.2.4.2 問題詳細(xì)說明

材料特性:

Ex=5000

(泊松比)=0.4

C(凝聚力)=10

(內(nèi)摩擦角)=30

(膨脹角)=30