ansys非线性分析2

2017-03-18 by:CAE仿真在线来源:互联网

ANSYS结构非线性分析指南连载四

关键字:ANSYS结构非线性分析材料非线性分析

4.2.1.3 强化准则

强化准则描述了初始屈服准则随着塑性应变的增加是怎样发展的。

一般来说,屈服面的变化是以前应变历史的函数,在ANSYS程序中,使用了三种强化准则:

等向强化是指屈服面以材料中所作塑性功的大小为基础在尺寸上扩张。对Mises屈服准则来说,屈服面在所有方向均匀扩张。见图4-6。

图4-6 等向强化时的屈服面变化图

由于等向强化,在受压方向的屈服应力等于受拉过程中所达到的最高应力。

随动强化假定屈服面的大小保持不变而仅在屈服的方向上移动,当某个方向的屈服应力升高时,其相反方向的屈服应力应该降低。见图4-7。

图4-7 随动强化时的屈服面变化图

在随动强化中,由于拉伸方向屈服应力的增加导致压缩方向屈服应力的降低,所以在对应的两个屈服应力之间总存一个

的差值,初始各向同性的材料在屈服后将不再是各向同性的。

混合强化是等向强化和随动强化的结合,屈服面不仅在大小上扩张,而且还在屈服的方向上移动。见图4-8。

图4-8 混合强化时的屈服面变化图

4.2.2 塑性材料选项

一些选项可用于描述塑性行为。用户也可以应用Ansys可编程特性在程序中加入其他特性。参见《ANSYS Guide to User Programmable Features》。

1、双线性随动强化(BKIN)选项

该选项假设总应力范围等于屈服应力的二倍,以包括包辛格效应(见图4-10)。对于服从Von Misses屈服准则的一般小应变分析,建议用这一选项。不应该应用于大应变分析。用户可以用BKIN和HILL选项组合来模拟各向异性随动强化塑性。应力-应变-温度数据的示例如下。图4-9说明了这种材料选项的典型显示[TBPLOT]。

MPTEMP,1,0,500 ! Define temperatures for Young"s modulus

MP,EX,1,12E6,-8E3 ! C0 and C1 terms for Young"s modulus

TB,BKIN,1,2 ! Activate a data table

TBTEMP,0.0 ! Temperature = 0.0

TBDATA,1,44E3,1.2E6 ! Yield = 44,000; Tangent modulus = 1.2E6

TBTEMP,500 ! Temperature = 500

TBDATA,1,29.33E3,0.8E6 ! Yield = 29,330; Tangent modulus = 0.8E6

TBLIST,BKIN,1 ! List the data table

/XRANGE,0,0.01 ! X-axis of TBPLOT to extend from varepsilon=0 to 0.01

TBPLOT,BKIN,1 ! Display the data table

上面的命令MPTEMP,MP,TB,TBTEMP,TBDATA,TBLIST,/XRANGE和TBPLOT参见《ANSYS Commands Reference》。

图4-9 (a)双线性随动强化;(b)多线性随动强化

图4-10 包辛格效应

2、多线性随动强化(KINH 和 MKIN)选项

这一选项应用Besseling模型,也称为子层或覆盖模型,以包括包辛格效应。KINH要比MKIN更好,因为前者允许用户定义更多的应力-应变曲线(40:5),并且每条曲线上允许定义更多的点(20:5)。对于这二个选项,如果用户定义了多于一条应力-应变曲线(对于温度相关特性),则每条曲线应包含相同数目的点。其假设是,在不同应力-应变曲线上的相应点,代表一个特定的子层的温度相关屈服行为。这两个选项不建议用于大应变分析。图4-9也说明了典型的应力-应变曲线(MKIN)。应用KINH选项的典型应力-应变温度数据如下:

TB,KINH,1,2,3 ! Activate a data table

TBTEMP,20.0 ! Temperature = 20.0

TBPT,,0.001,1.0 ! Stress = 0.001, Strain = 1.0

TBPT,,0.1012,1.2 ! Stress = 0.1012, Strain = 1.2

TBPT,,0.2013,1.3 ! Stress = 0.2013, Strain = 1.3

TBTEMP,40.0 ! Temperature = 40.0

TBPT,,0.008,0.9 ! Stress = 0.008, Strain = 0.9

TBPT,,0.09088,1.0 ! Stress = 0.09088, Strain = 1.0

TBPT,,0.12926,1.05 ! Stress = 0.12926, Strain = 1.05

在上面这个例子中,一条曲线的第3点定义第3子层的温度相关屈服行为。

应用MKIN选项的典型应力-应变温度数据如下:

MPTEMP,1,0,500 ! Define temperature-dependent EX,

MP,EX,1,12E6,-8E3 ! as in BKIN example

TB,MKIN,1,2 ! Activate a data table

TBTEMP,,STRAIN ! Next TBDATA values are strains

TBDATA,1,3.67E-3,5E-3,7E-3,10E-3,15E-3 ! Strains for all temps

TBTEMP,0.0 ! Temperature = 0.0

TBDATA,1,44E3,50E3,55E3,60E3,65E3 ! Stresses at temperature = 0.0

TBTEMP,500 ! Temperature = 500

TBDATA,1,29.33E3,37E3,40.3E3,43.7E3,47E3 ! Stresses at temperature = 500

/XRANGE,0,0.02

TBPLOT,MKIN,1

有关的命令MPTEMP,MP,TB,TBPT,TBTEMP,TBDATA,/XRANGE和TBPLOT,参见《ANSYS Commands Reference》。

3、非线性随动强化(CHABOCHE)选项

这一选项应用Chaboche模型,这种模型是多分量非线性随动强化模型,允许用户迭加几种随动强化模型。见《ANSYS Theory Reference》。象BKIN和MKIN选项一样,用户可应用CHABOCHE选项来模拟单调强化和包辛格效应。这个选项还允许用户模拟材料的棘轮和调整(Shakedown)效应。把CHABOCHE选项与各向同性硬化模型选项BISO、MISO、NLISO组合起来,可以进一步模拟周期强化或软化。这种模型有1+2n个常数(其中n为随动强化模型数目),用TB命令的NPTS定义。见《ANSYS Theory Reference》。用户应用TBTEMP和TBDATA命令定义材料常数。这种模型适合于大应变分析。

下面是温度不相关及一个随动强化模型的典型数据:

TB,CHABOCHE,1 ! Activate CHABOCHE data table

TBDATA,1,C1,C2,C3 ! Values for constants C1, C2, and C3

而下例则说明温度相关常数及2个随动强化模型(在2个温度点)的典型数据表:

TB,CHABOCHE,1,2,2 ! Activate CHABOCHE data table

TBTEMP,100 ! Define first temperature

TBDATA,1,C11,C12,C13,C14,C15 ! Values for constants C11, C12, C13,

! C14, and C15 at first temperature

TBTEMP,200 ! Define second temperature

TBDATA,1,C21,C22,C23,C24,C25 ! Values for constants C21, C22, C23,

! C24, and C25 at second temperature

有关命令TB,TBTEMP,TBDATA参见《ANSYS Commands Reference》。

4、双线性各向同性强化(BISO)选项

这一选项与多线性各向同性强化MISO选项相似,只是用双线性曲线代替多线性曲线。其输入类似于双线性随动强化选项,只是现在TB命令要应用BISO标号。这一选项通常对大应变分析较佳。用户可以把这一选项与非线性随动强化(CHABOUCHE)选项组合,以定义材料的各向同性强化行为。用户也可以把这一选项与HILL选项组合来模拟各向异性塑性及各向同性强化,或与RATE选项组合以模拟率相关粘塑性。

5、多线性各向同性强化(MISO)选项

这一选项应用von Mises屈服准则以及各向同性工作强化的假定。这个选项不建议用于周期荷载或高度非比例历史荷载的小应变分析。但可应用于大应变分析。MISO选项可包括20个不同温度曲线,每条曲线可以有最多100个不同的应力-应变点。在各条曲线上,应变点可以不同。用户可以把这个选项与非线性随动强化(CHABOCHE)选项组合,以模拟周期强化或弱化。用户还可以把MISO选项与HILL选项组合来模拟各异性塑性及各向同性强化,以及与RATE选项组合用以模拟率相关粘塑性。在MKIN选项的示例中的应力-应变-温度曲线可以作为多线性各向同性强化材料的输入,如下:

MPTEMP,1,0,500 ! Define temperature-dependent EX,

MP,EX,1,12E6,-8E3 ! as in above example

TB,MISO,1,2,5 ! Activate a data table

TBTEMP,0.0 ! Temperature = 0.0

TBPT,DEFI,3.67E-3,29.33E3 ! Strain, stress at temperature = 0

TBPT,DEFI,5E-3,50E3

TBPT,DEFI,7E-3,55E3

TBPT,DEFI,10E-3,60E3

TBPT,DEFI,15E-3,65E3

TBTEMP,500 ! Temperature = 500

TBPT,DEFI,3.67E-3,29.33E3 ! Strain, stress at temperature = 500

TBPT,DEFI,5E-3,37E3