Workbench仿真塑性材料拉伸力學實驗

2017-04-03 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在結構有限元分析中很多情況只需要考慮材料的線彈性階段。但有時設計人員希望能充分發揮材料的極限性能,就需要考慮材料的屈服和強化階段。本實例利用有限元仿真分析方法模擬材料力學性能實驗,針對塑性材料力學性能有限元仿真有一定的參考意義,希望能幫到大家。

【溫故知新】

大家可還記得材料力學中的力學性能測試試驗?忘了的朋友趕緊腦補去…

復習好了哇?直接上實驗結果...似曾相識?J

塑性材料應力應變曲線

注:在ANSYS有限元程序中默認比例極限等于屈服極限。

幾何模型與網格

試樣最小截面直徑10mm。網格劃分如下(網格粗糙,演示用)。

材料參數

楊氏模量2E11 Pa,泊松比0.325,屈服極限350Mpa,強度極限516Mpa。塑性階段采用Multilinear Kinematic hardening(多線性隨動強化模型)材料本構關系模型,用列表形式輸入應力與塑性應變。材料參數設置截圖如下。

在實際工程項目中為得到較為準確的材料屬性,可用電子拉力機對小試件做力學性能試驗來確定的。通過試驗可以得到上述材料應力應變曲線圖。注意試驗得到的是總應變,而在上面材料模型中需要的是Plastic Strain,所以還需將試驗所得的總應變減去對應的彈性應變(即屈服點之后的每一個試驗點的總應變減去這個點對應的彈性應變,其中彈性應變=應力/彈性模量,這里不考慮其他因素影響近似認為總應變=彈性應變+塑性應變)

邊界條件

一端完全約束,一段加載軸向拉力40000N。

分析步設置

每一步分析都能計算出一個應力和應變,因此可以根據繪圖的精度來確定載荷步的多少。但要遵循一個原則:線彈性階段不宜設置過多載荷步,因為線彈性階段應力應變是線性變化的,計算出較多的數據點也沒有多大意義。一般線性階段設置3~4個載荷步,能起到驗證線性變化即可;屈服階段載荷步設置可依據應力應變曲線設置多一些載荷步,但要綜合考慮計算機的性能和計算時間。 Ps:我10G內存,處理器頻率還不到3GHz的本本,算57個數據點需要10分鐘左右。

分析步設置如下圖:

先輸入Number of step即一共打算設置的載荷步,然后修改Current Step Number對每一個載荷步進行子步設置。一般默認子步設置為Auto time stepping—program controlled,該選項會增加子步數量,如果計算機性能較低可以關掉Auto time stepping(值為OFF),選擇默認子步數量1。

載荷步設置

如果拉力過小會出現試件根本拉不到屈服階段,如果過大則會導致應力范圍超過之前設定的范圍,而出現計算出錯。這里可用理論公式計算最大拉力=100mm^2*516Mpa=51600N。考慮應力集中因素適當降低最大拉力至40000N。試算下40000N載荷對應最大應力為510Mpa和強度極限相比比較接近但并沒超過,能模擬出大部分的屈服階段,故選40000N是合適的。

試算可以知道25000N左右可以達到屈服極限。40000N左右可以達到強度極限。那0-25000N為線彈性階段這里設置了3步載荷,250000-40000N為屈服階段設置了7步載荷。(本例后面9步載荷都為自動時間步長,應力應變數據點一個57個)