Ansys塑性分析的使用

2013-08-14 by:廣州有限元培訓(xùn)實(shí)踐中心來源:仿真在線

Ansys塑性分析的使用

介紹在程序中怎樣使用塑性,重點(diǎn)介紹以下幾個方面
• 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

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,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)y σ 和T E 可以按下述方法來決定,如果材料沒有明顯的屈服應(yīng)力y σ ,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T E 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-應(yīng)變曲線是光滑的,使用預(yù)測器選項(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,對每個節(jié)點(diǎn)都可以輸出下列量:
EPPL-塑性應(yīng)變分量
x
pl
ε
,
y
pl
ε 等等
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)際上是離節(jié)點(diǎn)最近的那個積分點(diǎn)的值。
    如果一個單元的所有積分點(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。

程序使用中的一些基本原則:
下面的這些原則應(yīng)該有助于可執(zhí)行一個精確的塑性分析
1、所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、緩慢加載,應(yīng)該保證在一個時間步內(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,必須有足夠的網(wǎng)格密度,為了能夠足夠的模擬彎曲反應(yīng),在厚度方向必須至少有二個單元。

4、除非那個區(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)

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、使用線性搜索,特別是當(dāng)大變形或大應(yīng)變被激活時
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),這兩個選項(xiàng)比全牛頓-拉普森選項(xiàng)更穩(wěn)定( 需要更的迭代),但這兩個選項(xiàng)僅在小撓度和小應(yīng)變塑性分析中有效。

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表明使用了太大的時間步長或太粗的網(wǎng)格。
2、每個時間步長內(nèi)的塑性應(yīng)變增量應(yīng)該小于5 %,這個值在輸出文件中以“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S EQV(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。

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