彈塑性專題-矩形截面梁純彎曲彈塑性ANSYS分析

2017-03-05  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

導讀:工程問題中,絕大部分構件必須在彈性范圍內工作,不允許出現塑性變形。但有些問題需要考慮塑性變形,如工件表面可能因加工引起塑性變形,零件的某些部位也往往因應力過大出現塑性變形。此外,對構件極限承載能力的計算和殘余應力的研究,都需要塑性變形知識。至于金屬的壓力加工,則更是利用了塑性變形不能消除的性質。

一、問題描述

一矩形截面梁,一端固定,另一端加一彎矩,梁長120mm,截面為20mm*20mm,已知材料的屈服極限為σs=835MPa,彈性模量為E=200GPa。在彈性極限彎矩和塑性極限彎矩條件下,分析加載過程中的應力變化。

計算結果

二、理論計算

參考文獻:

劉鴻文.材料力學(第5版) [M]. 北京: 高等教育出版社, 2011:232-235.

三、GUI步驟

1.進入ANSYS

程序 →ANSYS →ANSYS Product Launcher →改變working directory到指定文件夾 →在job name輸入:file。

2.設置計算類型

MainMenu >Preferences →選擇Structural→OK。

3.定義單元屬性

(1) 定義單元類型:Main Menu >Preprocessor >Element Type >Add /Edit /Delete →Add →在左列表框中選擇Beam,在右列表框中選擇2 node 188 →OK。

(2)設置材料屬性:

①設置彈性模量和泊松比:Main Menu> Preprocessor >Material Props> Material Models →Structural → Linear→ Elastic → Isotropic →EX:2e5,PRXY:0.3→OK。

②設置材料理想彈塑性曲線:MainMenu> Preprocessor> Material Props> Material Models → Structural →Nonlinear → 見下圖

→雙擊Multilinear→Add Point,增加3行 →第1行為彈性階段,第2行~第4行為塑性階段,具體輸入數據見下圖 → Graph→OK。

(3)定義截面:Main Menu >Preprocessor>Sections >Beam >Common Sections →B、H、Nb、Nh分別輸入20,20,16,16 →Meshview→OK。

4.建立幾何模型

(1)生成關鍵點:MainMenu >Preprocessor >Modeling >Create> Keypoints >In Active CS→ 依次輸入關鍵點的坐標:1(0,0,0),2(0,0,120) →OK。

(2)創建直線:MainMenu> Preprocessor> Modeling> Create >Lines>Lines >Straight Line →拾取1和2→OK。

5.劃分梁單元網格

(1)設置線的單元屬性:MainMenu> Preprocessor> Meshing> Mesh Tool →在Element Attributes下方選擇Lines Set→ 拾取線1→ OK→ 選擇MAT: 1,TYPE: 1,SECT: 1 →OK。

(2)設置單元尺寸:MainMenu> Preprocessor> Meshing> Mesh Tool →在Size Controls下方選擇Lines Set →拾取線1→ NDIV輸入40 →OK。

(3)劃分梁單元:Main Menu> Preprocessor> Meshing> MeshTool→ Mesh: Lines→ Mesh。

(4)打開梁單元的單元形狀:UtilityMenu> PlotCtrls> Style> Size and Shape→ [/ESHAPE]: On。

6.第一載荷步求解計算

第一載荷施加彈性極限彎矩。

(1)進入求解器:Main Menu> Solution。

(2)施加約束:MainMenu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> OnKeypoints → 拾取關鍵點1→ OK→ Lab2:ALL DOF→ OK。

(3)施加載荷:MainMenu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Force/Moment> On Keypoints →拾取關鍵點2→ OK→ Lab:MY,VALUE:1.113e6→ OK。

(4)求解設置:MainMenu> Solution> Analysis Type> Sol’n Controls→ Basic:時間控制Time Control中,Time at end of loadstep輸入1;在輸出頻率Frequency中選擇Write every Nth substep,where N=1。

(5)保存求解前文件:UtilityMenu> Files> Save as→輸入Load.db→OK。

(6)求解:MainMenu> Solution> Solve> Current LS→ File> Close→ Solve Current Load Step→ OK → Solution is done→ Close。

7.第二載荷步求解計算

第二載荷施加塑性極限彎矩。

(1)施加載荷:Main Menu> Solution> DefineLoads> Apply> Structural> Force/Moment> On Keypoints →拾取關鍵點2→ OK→ Lab:MY,VALUE:1.678e6→ OK。

(2)求解控制設置:MainMenu> Solution> Analysis Type> Sol’n Controls→ Basic:時間控制Time Control中,Time at end of loadstep輸入2;Number of substeps輸入20。

(3)求解:MainMenu> Solution> Solve> Current LS→ File> Close→ Solve Current Load Step→ OK → Solution is done→ Close。

(4)求解后保存模型:Utility Menu>File >Saveas→ 輸入solve.db。

8.后處理

(1)進入后處理器:Main Menu> General Postproc。

(2)顯示X方向的應力云圖

①Main Menu> General Postproc> PlotResults> Contour Plot> Nodal Solu →Stress →X-Component of stress →OK。

②設置云圖顯示的字體大小:UtilityMenu> PlotCtrls> Font Controls> Legend Font→ 字體大小選擇四號→ 在屏幕點擊鼠標右鍵→ Replot。

③設置云圖小數點的位數:UtilityMenu> PlotCtrls> Style> Floating Point Format→ Ftype:選擇(Fw.d),DSIGNF:輸入1→ OK→ Replot。

(3)顯示等效應力(第四強度理論應力)云圖:MainMenu> General Postproc> Plot Results> Contour Plot> Nodal Solu→ Stress→ Von Mises SEQV→ OK。

(4)查詢截面各位置處的應力

①Main Menu> General Postproc> Query Results> Subgrid Solu→ 左側選擇Stress,右側選擇Von Mises SEQV→ OK→ 在彈出菜單中選中generate 3D Anno→ 在屏幕中鼠標拾取截面的合適位置→ OK。

②刪除屏幕顯示數據:UtilityMenu> PlotCtrls> Annotation> Create Annotation> Deletes Annotation→ 在屏幕點擊鼠標右鍵→ Replot。

(5)顯示其他載荷步和載荷子步的計算結果:Main Menu> General Postproc> Read Results> By Pick→ 選中需要查看的載荷步Load Step和載荷子步Substep→ Read→ Close。

四、ADPL步驟

!單位制mm、MPa、N.mm

Len=120 !桿長

bh=20 !桿寬桿高

My1=1.678e6 !塑性極限彎矩1.683/1.670kN.m

/PREP7

ET,1,BEAM188 !單元類型

SECTYPE, 1, BEAM, RECT, , 0 !橫截面

SECOFFSET, CENT

SECDATA,bh,bh,16,16,0,0,0,0,0,0 !8/12/16

MP,EX,1,2.0E5 !彈性模量、泊松比

MP,PRXY,1,0.3

TB,MISO,1,1,4,0 !理想彈塑性

TBTEMP,0

TBPT,,1.0*835/2.0E5,835 !應變-應力

TBPT,,1.2*835/2.0E5,835

TBPT,,1.5*835/2.0E5,835

TBPT,,10.0*835/2.0E5,835

K,1,0,0,0, !關鍵點

K,2,0,0,Len,

LSTR, 1, 2 !線

LESIZE,1, , ,40, , , , ,1 !線份數

LMESH,1 !分網

/ESHAPE,1.0 !打開單元形狀

FINISH

/SOLU !求解器

DK,1, , , ,0,ALL, !約束關鍵點

TIME,1 !第一載荷步

OUTRES,ALL,1 !輸出每個子步結果

FK,2,MY,1.113e6 !施加彈性極限彎矩

SOLVE !求解

TIME,2 !第二載荷步

NSUBST,20,, !載荷子步

FK,2,MY,My1 !施加塑性極限彎矩

SOLVE !求解

FINISH

/POST1 !后處理

PLNSOL, S,EQV, 0,1.0 !等效應力

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