ansys非线性分析3

关键字:ANSYS结构非线性分析材料非线性分析

 

6 、非线性各向同性强化(NLISO)选项

这一选项基于 Voce 强化准则,见《ANSYS Theory Reference》。NLISO选项是MISO选项的一个变种,即指数饱和强化项扩展到线性项,见 图4-11 。这一选项的优点是材料行为定义为特殊函数,其中四个材料常数通过 TBDATA 命令来定义。用户可以通过把材料拉伸应力-应变曲线适当地试配得到材料常数。与MISO选项不同的是,不需要注意如何恰当地定义成对的材料应力-应变点。但是,这一选项仅适用于拉伸曲线与 图4-11 所示相同者。这一选项适用于大应变分析并且用户可以把这一选项与非线性随动强化(CHABCHE)选项组合,用于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,用于模拟各向异性塑性及各向同性强化;或与RATE组合,用于模拟率相关粘塑性。下面例子说明在二个温度点上的温度相关数据表:

TB,NLISO,1 ! Activate NLISO data table

TBTEMP,100 ! Define first temperature

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

! C14 at first temperature

TBTEMP,200 ! Define second temperature

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

! C24 at second temperature

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

图4-11 NLISO应力-应变曲线

7 、各向异性(ANISO)选项

这一选项允许在材料x、y、z方向上有不同的双线性应力-应变行为,以及在受拉、受压、受剪时有不同的行为。这一选项适用于预先受到变形的金属(如轧制)。不推荐用于周期荷载或非比例荷历程,因为假设了工作强化。屈服应力和斜率不完全无关,见《ANSYS Theory Reference》。为了定义各向异性材料特性,应用 MP 命令(GUI:Main Menu> Solution>Other>Change Mat Props)来定义弹性模量(EX、EY、EZ、NUXY、NUYZ、NUXZ)。然后,应用 TB 命令[ TB ,ANISO]和 TBDATA 命令定义屈服点和正切模量。参见《ANSYS Elements Reference》中的非线性应力-应变材料。

8 、HILL各向异性(HILL)选项

这一选项与其他选项组合,可模拟塑性、粘塑性、蠕变(应用HILL模型),见§4.6。 Hill各向异性仅适用于下列单元:PLANE42、SOLID45、PLANE82、SOLID92、SOLID95、LIMK180、SHELL181, PLANE182、PLANE183、SOLID185、SOLID186、SOLID187、BEAM188和BEAM189。

下面例子说明HILL选项与BISO选项的组合:

TB,HILL,1,2 ! Activate HILL data table for two temps.

TBTEMP,100 ! Define first temperature as 100

TBDATA,1,1,1.0402,1.24897,1.07895,1,1 ! Values for Hill constants C1 to C6

TBTEMP,200 ! Define second temperature as 200

TBDATA,1,0.9,0.94,1.124,0.97,0.9,0.9 ! Values for Hill constants C1 to C6

TB,BISO,1,2 ! Activate BISO data table for two temps.

TBTEMP,100 ! Define first temperature as 100

TBDATA,1,461.0,374.586 ! Values for BISO constants C1 and C2

TBTEMP,200 ! Define second temperature as 200

TBDATA,1,461.0,374.586 ! Values for BISO constants C1 and C2

9 、Drucker-Prager(DP)选项

这一选项用于颗粒状(摩擦)材料,如土、岩体、砼等,并利用圆锥面来近似Mohr-Coulomb定律。

MP,EX,1,5000

MP,NUXY,1,0.27

TB,DP,1

TBDATA,1,2.9,32,0 ! Cohesion = 2.9 (use consistent units),

! Angle of internal friction = 32 degrees,

! Dilatancy angle = 0 degrees

有关命令 MP、TB、TBDATA 见《ANSYS Commands Reference》。

4.2.3 怎样使用塑性

在这一节中,我们将介绍在程序中怎样使用塑性,重点介绍以下几个方面:

· 可用的ANSYS输入。

· ANSYS输出量。

· 使用塑性的一些原则。

· 加强收敛性的方法。

· 查看塑性分析的结果。

4.2.3.1 ANSYS输入

当使用TB命令选择塑性选项和输入所需常数时,应该考虑到:

· 常数应该是塑性选项所期望的形式,例如,我们总是需要应力和总的应变,而不是应力与塑性应变。

· 如果还在进行大应变分析,应力-应变曲线数据应该是真实应力-真实应变。

对双线性选项(BKIN,BISO),输入常数和可以按下述方法来决定,如果材料没有明显的屈服应力,通常以产生0.2%的塑性应变所对应的应力作为屈服应力,而可以通过在分析中所预期的应变范围内来拟合实验曲线得到。

其它有用的载荷步选项:

· 使用的子步数(使用的时间步长)。既然塑性是一种与路径相关的非线性,因此需要使用许多载荷增量来加载。

· 激活自动时间步长。

· 如果在分析所经历的应变范围内,应力-应变曲线是光滑的,使用预测器选项,这能够极大地降低塑性分析中的总的迭代数。

4.2.3.2 输出量

在塑性分析中,对每个节点都可以输出下列量:

EPPL-塑性应变分量,等

EPEQ-累加的等效塑性应变

SEPL-根据输入的应力-应变曲线估算出的对于EPEQ的等效应力

HPRES-静水压应力

PSV-塑性状态变量

PLWK-单位体积内累加的塑性功

上面所列节点的塑性输出量实际上是指离节点最近的那个积分点的值。

如果一个单元的所有积分点都是弹性的(EPEQ=0),那么节点的弹性应变和应力从积分点外插得到,如果任一积分点是塑性的(EPEQ>0),那么节点的弹性应变和应力实际上是积分点的值,这是程序的缺省情况,但可以人为的改变它。

4.2.3.3 程序使用中的一些基本原则

下面的这些原则应该有助于执行一个精确的塑性分析。

1. 需要的塑性材料常数必须能够足以描述所经历的应力或应变范围内的材料特性。

2. 慢加载,应该保证在一个时间步内,最大的塑性应变增量小于5%,一般来说,如果Fy是系统刚开始屈服时的载荷,那么在塑性范围内的载荷增量应近似为:

· 0.05*Fy- 对用面力或集中力加载的情况

· Fy- 对用位移加载的情况

3. 当模拟类似梁或壳的几何体时,必须有足够的网格密度,为了能够足够地模拟弯曲响应,在厚度方向必须至少有二个单元。

4. 除非那个区域的单元足够大,应该避免应力奇异,由于建模而导致的应力奇异有:

· 单点加载或单点约束

· 凹角

· 模型之间采用单点连接

· 单点耦合或接触条件

5. 如果模型的大部分区域都保持在弹性区内,那么可以采用下列方法来降低计算时间:

· 在弹性区内仅仅使用线性材料特性( 不使用TB命令)

· 在线性部分使用子结构

4.2.3.4 加强收敛性的方法

如果不收敛是由于数值计算导致的,可以采用下述方法来加强问题的收敛性:

1.使用小的时间步长

2.如果自适应下降因子是关闭的,打开它,相反,如果它是打开的 ,且割线刚度正在被连续地使用,那么关闭它。

3. 用线性搜索,特别是当大变形或大应变被激活时。

4. 预测器选项有助于加速缓慢收敛的问题,但也可能使其它的问题变得不稳定。

5.可以将缺省的牛顿-拉普森选项转换成修正的(MODI)或初始刚度(INIT)牛顿-拉普森选项,这两个选项比全牛顿-拉普森选项更稳定( 需要更多的迭代),但这两个选项仅在小位移和小应变塑性分析中有效。

4.2.3.5 查看结果

1.感兴趣的输出项(例如应力,变形,支反力等)对加载历史的响应应该是光滑的,一个不光滑的曲线可能表明使用了太大的时间步长或太粗的网 格。

2.时间步长内的塑性应变增量应该小于5%,这个值在输出文件中以“Max plastic Strain Step”输出,也可以使用POST26来显示这个值(Main Menu:Time Hist Postpro> Define Variables)。

3.塑性应变等值线应该是光滑的,通过任一单元的梯度不应该太大。

4.画出某点的应力—应变图,应力是指输出量SEQV(Mises 等 效 应 力),总应变由累加的塑性应变EPEQ和弹性应变得来。

4.2.4 塑性分析实例-DP材料实例分析

4.2.4.1 问题描述

一根铁桩插入土壤中,铁桩上端受到垂直向下的载荷,试分析此时铁桩对土壤的影响。由于土壤区域无限大,我们只取一相对于铁桩来说足够大的半圆形区域作为研究对象,其与外界土壤的联系通过弹簧单元来模拟。

图4-12 问题描述图

4.2.4.2 问题详细说明

材料特性:

Ex=5000

(泊松比)=0.4

C(凝聚力)=10

(内摩擦角)=30

(膨胀角)=30