ansys蠕变1

ANSYS结构非线性分析指南连载四

发表时间:2007-7-25 作者: 安世亚太 来源: e-works

关键字: ANSYS结构非线性分析材料非线性分析

 

4.4.2.2 显式蠕变方法

显式蠕变方法求解蠕应变使用了欧拉朝前法,以时间步开始时的应力、应变为基础计算出蠕应变率,在每个时间步长内,蠕应变率被假定是常数,因此有:

使用这种方法所对应的蠕应变曲线如下:

图4-21 显式蠕变对应的蠕应变曲线

为了减小误差,需要小的时间步长,特别是在蠕应变率变化很大的区域。

蠕应变率越小,结果越精确。一个等于或小于0.1的蠕变率将产生相当精确的结果。如果步长太大,求解将变得不稳定,并且不收敛,稳定极限对应于0.25的蠕应变率。

对于在第二期蠕变阶段蠕变较小的情况,欧拉朝前法是一种十分有效的方法,对于蠕应变较大的情况,这种方法需要时间步长很小,对于高度非线性蠕变应变-时间曲线,在应用显式蠕变方法时,必须应用小的时间步。如果时间步小于1E-6,则不计算蠕变应变。若需自动调整时间步到合适的值,可以应用蠕变时间步优化选项[ AUTOTS 和 CRPLIM ]。

如果没有其它的非线性行为则:

l 只在每一个子步的开始修正蠕应变率,在此子步内将不再变化。

l 不执行牛顿-拉普森迭代,因此,求解精度依赖于时间步长。

如果有其它的非线性行为则有:

l 既然蠕应变影响应力分布(反过来应力分布又影响蠕变率),因此在每个时间步内都要进行牛顿-拉普森迭代

l 缺省情况下,使用初始刚度的牛顿-拉普森选项(总是使用弹性刚度矩阵)。

l 既然时间步长很小,使用切线矩阵并不能使求解过程更有效。

显式蠕变方法的基本步骤,包括应用 TB 命令( Lab =CREEP),选择蠕变方程(用 TBDATA 命令的参数加入适当的常数)。 TBOPT 为0或者为空白。下例是应用显式蠕变方法的输入。请注意,所有常数是作为 TBDATA 命令的参数加入的,而且无温度相关性。

TB,CREEP,1

TBDATA,1,C1,C2,C3,C4, ,C6

ANSYS程序中具有一个蠕变方程库供你选择,你可以根据材料特性选择相应的蠕变准则,也就是说,在ANSYS程序中,建立了某些特定材料的特定蠕变准则,特别是那些用于原子能工业方面的材料(例如304和316不锈钢,2 1/4 Cr-1锰低铝钢),另外,用户还可以建立自己的蠕变准则,应用程序的可编程特性加入用户蠕变表达式,见《ANSYS Guide to User Programmable Fealares》。

可通过数据表来输入蠕变材料常数:

Main Menu: Preprocessor>Material Props>Material Models

通过输入 的值进入到初始蠕变的计算,如果 将略过蠕变计算。通过输入 的值进入到第二期蠕变阶段的计算,如果 将略过此阶段的计算,如果使用选项 =9、10、11、13、14或15来进行初始蠕变的计算,由于在它们的公式中包括了第二期蠕变的计算,故第二期蠕变的计算被略过,通过输入 的值进入到辐射引起的蠕变计算,通过输入 =100,进入到用户自己定义蠕变准则的计算。下面我们详细说明一下ANSYS程序所提供的蠕变准则。

· 时的初始蠕变方程。

=等效应变(以修改的总应变为基础)

=等效应力

T=绝对温度(所有给定温度加上TOFFST)

t=在子步结束的时间

e=自然对数的底数

· 时的初始蠕变方程

· 时的初始蠕变方程。

· 的初始蠕变方程, 适用于退火304不锈钢:

可以使用几种不同的蠕变方程来计算

双指数蠕变方程

为了使用下面的双指数蠕变方程来计算 ,输入

Psi(缺省) Psi(缺省)

S,r, ,G和H是温度和应力的函数。

对于退火304不锈钢,当温度在800 -1100 时,上面的双指数方程是有效的,上式中的前两项描述了初始蠕变,最后一项描述了第二期蠕变。

为了使用这个方程,输入一个非零的 值, , , 。温度应该使用 (或 且TOFFST=460.0),如果温度低于有效范围,则不计算蠕变,时间以小时为单位,应力使用Psi,有效的应力范围为6000-25000Psi。

使用公制单位的标准有理多项式蠕变方程( =1)

为了使用公制单位的标准有理多项式蠕变方程来计算 ,输入

c=初始蠕应变的几极值

p=初始蠕变的时间因子

=第二期蠕变阶段的蠕变率(最小蠕变率)

对于退火的304不锈钢,当温度在427 -704 时,上面的标准有理多项式蠕变方程是有效的,上式中第一项描述了初始蠕变,最后一项描述了第二期蠕变。

为了使用上面的方程,输入 =1.0, =1.0, =9.0和 =0.0,温度必须用 为单位(TOFFST=273),如果温度低于有效范围,则不计算蠕变,时间以小时为单位,应力用Mpa。

通过选择 的值来控制蠕变的强化准则, =0.0,选择时间强化. =1.0选择总的蠕应变强化, =2.0选择初始蠕变强化。

使用英制单位的有理多项式蠕变方程( =2.0)

为了在英制单位下使用上面的标准有理多项式蠕变方程,输入 =2.0。此时温度应以 为单位(TOFFST=460),应力为PSI,有效温度范围为800-1300 。

· =10的初始蠕变方程。 适用于退火316不锈钢:

与退火304不锈钢相同,也可以使用几种不同的蠕变方程来计算 。

=0时的双指数蠕变方程。

使用与退火的304不钢相同的双指数蠕变方程( =9.0, =0.0),与退火304不锈钢所用方程不同的是有效应力范围为4000-30000PSI, 缺省为4000PSI, 缺省为30000PSI。

使用公制单位的标准有理多项式蠕变方程( =1.0)

与 所描述的退火304不锈钢所用的标准有理多项式蠕变方程( =9.0, =1.0)相同。不同的是:其有效温度范围是482-704 。

使用英制单位的有理多项式蠕变方程( =2.0)

与 所描述的相同,所不同的是:温度必须以F为单位,TOFFST=460,应力以PSI为单位,且有效范围为0.0-24220PSI,温度范围为900-1300 。

· =11的初始蠕变方程。

适用于退火2 1/4 Cr-1 Mo 低合金钢

可以使用几种不同的蠕变方程来计算 。

修改的有理多项式蠕变方程( =0.0)

为了使用下面修改的有理多项式蠕变方程来计算 ,需输入 =0.0:

A、B、 是温度和应力的函数。

对2 1/4 Cr-1 Mo低合含钢,当温度在700-1100 范围内时,修改的有理多项式方程是有效的,第一项描述了初始蠕变,第二项描述了第二期蠕变。

为了使用上式须输入 =1.0, , =11.0和 =0.0温度必须以 为单位(或以 为单位且TOFFST=460.0),时间以小时为单位,应力以PSI为单位,有效应力范围是1000-65000PSI。

公制单位的标准有理多项式蠕变方程( =1.0)

c=初始蠕应变的极值

p=初始蠕变时间因子

=第二期蠕变阶段的蠕应变率

对退火的2 1/4 Cr-1 Mo 低合金钢,当温度371 -593 ,上式是有效的。

为了使用上式,输入 =1.0, =1.0, =11.0和 =0.0。温度以 为单位,TOFFST=273。时间用小时为单位,应力为Mpa,强化准则与 =9.0所使用的相同。

英制单位的有理多项式蠕变方程( =2.0)

与标准有理多项式蠕变方程相同,除了温度以 为单位,TOFFST=460,应力为PSI,有效温度范围为700-1100 。

=12的初始蠕变方程

=比例常数

M、N、K=温度函数

:描述M、N、K函数的温度值的个数

:第一个绝对温度值

:第二个绝对温度值

:第 个绝对温度的值

+1:第一个M的值

:第 个M的值

+1:第一个N的值

:第 个N的值

+1:第一个K的值

??

系数随温度而变的幂函数蠕变准则与 =1的方程相似,但 , , , 。温度必须以降序输入。

=13的初始蠕变方程

=积累的蠕应变

A=

B=

C=

常数 应该输入0, 不应该输入0。

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发表时间:2007-7-25 作者: 安世亚太 来源: e-works

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=14的初始蠕变方程

对于退火的316不锈钢,当温度为800 -1300 ,上面的蠕变方程有效。为了使用上式,输入 =1.0和 =14.0。温度采用 (或用 且TOFFST=460,时间以小时为单位,常数仅适用于英制单位,应力范围为0.0-45000PSI。

=15 的初始蠕变方程。

一般材料的有理多项式蠕变方程:

上面的有理多项式蠕变方程是标准有理多项式蠕变方程 和11.0( =1.0和2.0的一般形式,对于等温情况,此方程变为标准方程,强化准则与 =9.0的情况相同。

=100的标准蠕变方程。

通过输入 =100建立用户自已定义的蠕变方程。

=0的第二期蠕变方程

=等效应力

T=绝对温度

t=时间

=1的等二期蠕变方程

=5的由辐射引起的蠕变方程

=等效应力

=中子通量

对于冷加工的316不锈钢,当温度在700-1300 时,上式有效。

4.4.3 蠕变分析实例

4.4.3.1 问题描述

一块矩形板,其左端固定,而右端被拉伸至某一固定位置,然后保持在此位置不动。试分析板中应力随时间的变化。

4.4.3.2 问题详细说明

材料特性:

Ex=2e5

(泊松比)=0.3

C6=0的显式初始蠕变方程:

C1=4.8e-23

C2=7

几何特性:

L=100

H=10

图4-22 问题描述图

4.4.3.3 求解步骤(GUI方法)

步骤一:建立计算所需要的模型

在这一步中,建立计算分析所需要的模型,包括定义单元类型,创建结点和单元,并将数据库保存为“creep.db”,在此对这一过程不再详细。

步骤二:恢复数据库文件 “ creep.db ”

utility menu>file>Resume from

步骤三:定义材料性质

1、选“Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models”。出现“Define Material Model Behavior”对话框,选择Material Model Number 1。

2、在“Material Models Available”窗口,双击“Structural->Linear->Elastic-> Isotropic”。出现一个对话框。

3、对杨氏模量(EX)键入2e5 。

4、对泊松比(NUXY)键入0.3。

5、单击OK。

步骤四:定义creep数据表并输入相应值

1、在“Material Models Available”窗口,双击Structural->Nonlinear->Inelastic->Rate Dependent->Creep->Creep Only->Mises Potential->Explicit,出现一个对话框。

2、在对话框表格中的C1,C2位置输入相应值(C1=4.8e-23,C2=7)。

3、单击OK

4、退出“Define Material Model Behavior”对话框。

步骤五:进入求解器

选择菜单路径Main Menu>Solution

步骤六:加载

根据所给条件,施加适当的约束和载荷。在此不作详述,参考命令流文件。

步骤七:定义分析类型:

1、选择菜单路径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis.

2、单击“Static”来选中它然后单击OK。

步骤八:设置输出控制选项

1、选择菜单路径:Main Menu >Solution>Unabridged Menu >Load step opts-Output ctrls> Solu printout。对话框出现

2、在“Item”中,选择“all items”

3、对“FREQ”,选择“Every Substep”

4、单击OK

5、选择菜单路径:Main Menu > Solution>Unabridged Menu >Load step opts-Output ctrls > DB/Results File。对话框出现。

6、在“Item”中,选择“all items”

7、对“FREQ”,选择“Every Substep”

8、单击OK

步骤九:设置载荷步选项

1、选择菜单路径Main Menu> Solution>Unabridged Menu>Load step opts-Time/Frequenc> Time and substps。对话框出现。

6、对“Time”(载荷步终止时间)键入10000

7、对“NSUBST”(子步数) 输入100

8、将“KBC”(加载方式)设置为Stepped

步骤十:进行求解

步骤十一:进行后处理

4.4.3.4 求解步骤(命令流方法)

fini

/cle

l=100

h=30

n1=10

n2=3

/prep7

et,1,42

rect,0,l,0,h

lsel,s,loc,y,0

lesize,all,,,n1

lsel,s,loc,x,0

lesize,all,,,n2

mshkey,1

mshape,0,2d

amesh,all

save,creep,db

resume,creep,db

mp,ex,1,2e5

mp,prxy,0.3

TB,CREEP,1

TBDATA,1,4.8E-23,7 ! CREEP PROPERTIES

/solu

nsel,s,loc,x,0

d,all,all

nsel,s,loc,x,l

d,all,ux,0.1

alls

BFUNIF,TEMP,900 ! UNIFORM TEMPERATURE

TIME,10000

KBC,1

NSUBST,100

OUTPR,all,all

OUTRES,all,all

alls

SOLVE

fini