搜索ANSYS中的塑性選項
2017-03-02 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
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據表來選擇這些選項。
?經典雙線性隨動強化 BKIN
?雙線性等向強化 BISO
?多線性隨動強化 MKIN
?多線性等向強化 MISO
經典的雙線性隨動強化(BKIN)使用一個雙線性來表示應力應變曲線,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 則被使用,所以包含有鮑辛格效應,此選項適用于遵守Von Mises 屈服準則,初始為各向同性材料的小應變問題,這包括大多數的金屬。
需要輸入的常數是屈服應力和切向斜率,可以定義高達六條不同溫度下的曲線。
注意:
?使用MP命令來定義彈性模量
?彈性模量也可以是與溫度相關的
?切向斜率Et不可以是負數,也不能大于彈性模量
在使用經典的雙線性隨動強化時,可以分下面三步來定義材料特性。
1、 定義彈性模量
2、 激活雙線性隨動強化選項
3、 使用數據表來定義非線性特性
雙線性等向強化(BIS0),也是使用雙線性來表示應力-應變曲線,在此選項中,等向強化的Von Mises 屈服準則被使用,這個選項一般用于初始各向同性材料的大應變問題。需要輸入的常數與BKIN選項相同。
多線性隨動強化(MKIN)使用多線性來表示應力-應變曲線,模擬隨動強化效應,這個選項使用Von Mises 屈服準則,對使用雙線性選項(BKIN)不 能足夠表示應力-應變曲線的小應變分析是有用的。
需要的輸入包括最多五個應力-應變數據點(用數據表輸入),可以定義五條不同溫度下的曲線。在使用多線性隨動強化時,可以使用與BKIN相同的步驟來定義材料特性,所不同的是在數據表中輸入的常數不同,下面是一個用命令流定義多線性隨動強化的標準輸入。
MPTEMP,,10,70
MPDATA,EX,3,,30ES,25ES
TB,MK2N,3
TBTEMP,,STRA2N
TBDATA,,0.01,0.05,0.1
TBTEMP,10
TBDATA,,30000,37000,38000
TBTEMP,70
TBDATA,,225000,31000,33000
多線性等向強化(MISO)使用多線性來表示使用Von Mises屈服準則的等向強化的應力-應變曲線,它適用于比例加載的情況和大應變分析。
需要輸入最多100個應力-應變曲線,最多可以定義20條不同溫度下的曲線。
其材料特性的定義步驟如下:
1、 定義彈性模量
2、 定義MISO數據表
3、 為輸入的應力-應變數據指定溫度值
4、 輸入應力-應變數據
5、 畫材料的應力-應變曲線
與MKIN 數據表不同的是,MISO的數據表對不同的溫度可以有不同的應變值,因此,每條溫度曲線有它自己的輸入表。
在程序中使用塑性包括以下幾個方面
?可用的ANSYS輸入
?ANSYS 輸量
?使用塑性的一些原則
?加強收斂性的方法
?查看塑性分析的結果
ANSYS 輸入:
當使用TB命令選擇塑性選項和輸入所需常數時,應該考慮到:
?常數應該是塑性選項所期望的形式, 例如,我們總是需要應力和總的應變,而不是應力與塑性應變。
?如果還在進行大應變分析,應力-應變曲線數據應該是真實應力-真實應變。
其它有用的載荷步選項:
?使用的子步數(使用的時間步長),既然塑性是一種與路徑相關的非線性,因此需要使用許多載荷增量來加載
?激活自動時間步長
?如果在分析所經歷的應變范圍內,應力-應變曲線是光滑的,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。
輸出量
在塑性分析中,對每個節點都可以輸出下列量:
EPPL-塑性應變分量等
EPEQ-累加的等效塑性應變
SEPL-根據輸入的應力-應變曲線估算出的對于EPEQ的等效應力
HPRES-靜水壓應力
PSV-塑性狀態變量
PLWK-單位體積內累加的塑性功
上面所列節點的塑性輸出量實際上是離節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),那么節點的彈性應變和應力從積分點外插得到,如果任一積分點是塑性的(EPEQ>0),那么節點的彈性應變和應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。
程序使用中的一些基本原則:
下面的這些原則應該有助于可執行一個精確的塑性分析
1、所需要的塑性材料常數必須能夠足以描述所經歷的應力或應變范圍內的材料特性。
2、緩慢加載,應該保證在一個時間步內,最大的塑性應變增量小于5%,一般來說,如果Fy是系統剛開始屈服時的載荷,那么在塑性范圍內的載荷增量應近似為:
?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、當模擬類似梁或殼的幾何體時,必須有足夠的網格密度,為了能夠足夠的模擬彎曲反應,在厚度方向必須至少有二個單元。
4、除非那個區域的單元足夠大,應該避免應力奇異,由于建模而導致的應力奇異有:
?單點加載或單點約束
?凹角
?模型之間采用單點連接
?單點耦合或接觸條件
5、如果模型的大部分區域都保持在彈性區內,那么可以采用下列方法來降低計算時間:
?在彈性區內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構
加強收斂性的方法:
如果不收斂是由于數值計算導致的,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、如果自適應下降因子是關閉的,打開它,相反,如果它是打開的 ,且割線剛度正在被連續地使用,那么關閉它。
3、使用線性搜索,特別是當大變形或大應變被激活時。
4、預測器選項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定。
5、可以將缺省的牛頓-拉普森選項轉換成修正的(MODI)或初始剛度(INIT)牛頓-拉普森選項,這兩個選項比全牛頓-拉普森選項更穩定( 需要更的迭代),但這兩個選項僅在小撓度和小應變塑性分析中有效。
查看結果
1、感興趣的輸出項(例如應力,變形,支反力等等)對加載歷史的響應應該是光滑的,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格。
2、每個時間步長內的塑性應變增量應該小于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、塑性應變等值線應該是光滑的,通過任一單元的梯度不應該太大。
4、畫出某點的應力—應變圖,應力是指輸出量SEQV(Mises 等效應力),總應變由累加的塑性應變EPEQ和彈性應變得來。
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