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2017-03-05 by:CAE仿真在线 来源:互联网
导读:工程问题中,绝大部分构件必须在弹性范围内工作,不允许出现塑性变形。但有些问题需要考虑塑性变形,如工件表面可能因加工引起塑性变形,零件的某些部位也往往因应力过大出现塑性变形。此外,对构件极限承载能力的计算和残余应力的研究,都需要塑性变形知识。至于金属的压力加工,则更是利用了塑性变形不能消除的性质。
一、问题描述
一矩形截面梁,一端固定,另一端加一弯矩,梁长120mm,截面为20mm*20mm,已知材料的屈服极限为σs=835MPa,弹性模量为E=200GPa。在弹性极限弯矩和塑性极限弯矩条件下,分析加载过程中的应力变化。
计算结果
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二、理论计算
参考文献:
刘鸿文.材料力学(第5版) [M]. 北京: 高等教育出版社, 2011:232-235.
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三、GUI步骤
1.进入ANSYS
程序 →ANSYS →ANSYS Product Launcher →改变working directory到指定文件夹 →在job name输入:file。
2.设置计算类型
MainMenu >Preferences →选择Structural→OK。
3.定义单元属性
(1) 定义单元类型:Main Menu >Preprocessor >Element Type >Add /Edit /Delete →Add →在左列表框中选择Beam,在右列表框中选择2 node 188 →OK。
(2)设置材料属性:
①设置弹性模量和泊松比:Main Menu> Preprocessor >Material Props> Material Models →Structural → Linear→ Elastic → Isotropic →EX:2e5,PRXY:0.3→OK。
②设置材料理想弹塑性曲线:MainMenu> Preprocessor> Material Props> Material Models → Structural →Nonlinear → 见下图
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→双击Multilinear→Add Point,增加3行 →第1行为弹性阶段,第2行~第4行为塑性阶段,具体输入数据见下图 → Graph→OK。
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(3)定义截面:Main Menu >Preprocessor>Sections >Beam >Common Sections →B、H、Nb、Nh分别输入20,20,16,16 →Meshview→OK。
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4.建立几何模型
(1)生成关键点:MainMenu >Preprocessor >Modeling >Create> Keypoints >In Active CS→ 依次输入关键点的坐标:1(0,0,0),2(0,0,120) →OK。
(2)创建直线:MainMenu> Preprocessor> Modeling> Create >Lines>Lines >Straight Line →拾取1和2→OK。
5.划分梁单元网格
(1)设置线的单元属性:MainMenu> Preprocessor> Meshing> Mesh Tool →在Element Attributes下方选择Lines Set→ 拾取线1→ OK→ 选择MAT: 1,TYPE: 1,SECT: 1 →OK。
(2)设置单元尺寸:MainMenu> Preprocessor> Meshing> Mesh Tool →在Size Controls下方选择Lines Set →拾取线1→ NDIV输入40 →OK。
(3)划分梁单元:Main Menu> Preprocessor> Meshing> MeshTool→ Mesh: Lines→ Mesh。
(4)打开梁单元的单元形状:UtilityMenu> PlotCtrls> Style> Size and Shape→ [/ESHAPE]: On。
6.第一载荷步求解计算
第一载荷施加弹性极限弯矩。
(1)进入求解器:Main Menu> Solution。
(2)施加约束:MainMenu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> OnKeypoints → 拾取关键点1→ OK→ Lab2:ALL DOF→ OK。
(3)施加载荷:MainMenu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Force/Moment> On Keypoints →拾取关键点2→ OK→ Lab:MY,VALUE:1.113e6→ OK。
(4)求解设置:MainMenu> Solution> Analysis Type> Sol’n Controls→ Basic:时间控制Time Control中,Time at end of loadstep输入1;在输出频率Frequency中选择Write every Nth substep,where N=1。
(5)保存求解前文件:UtilityMenu> Files> Save as→输入Load.db→OK。
(6)求解:MainMenu> Solution> Solve> Current LS→ File> Close→ Solve Current Load Step→ OK → Solution is done→ Close。
7.第二载荷步求解计算
第二载荷施加塑性极限弯矩。
(1)施加载荷:Main Menu> Solution> DefineLoads> Apply> Structural> Force/Moment> On Keypoints →拾取关键点2→ OK→ Lab:MY,VALUE:1.678e6→ OK。
(2)求解控制设置:MainMenu> Solution> Analysis Type> Sol’n Controls→ Basic:时间控制Time Control中,Time at end of loadstep输入2;Number of substeps输入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→ 输入solve.db。
8.后处理
(1)进入后处理器:Main Menu> General Postproc。
(2)显示X方向的应力云图
①Main Menu> General Postproc> PlotResults> Contour Plot> Nodal Solu →Stress →X-Component of stress →OK。
②设置云图显示的字体大小:UtilityMenu> PlotCtrls> Font Controls> Legend Font→ 字体大小选择四号→ 在屏幕点击鼠标右键→ Replot。
③设置云图小数点的位数:UtilityMenu> PlotCtrls> Style> Floating Point Format→ Ftype:选择(Fw.d),DSIGNF:输入1→ OK→ Replot。
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(3)显示等效应力(第四强度理论应力)云图:MainMenu> General Postproc> Plot Results> Contour Plot> Nodal Solu→ Stress→ Von Mises SEQV→ OK。
(4)查询截面各位置处的应力
①Main Menu> General Postproc> Query Results> Subgrid Solu→ 左侧选择Stress,右侧选择Von Mises SEQV→ OK→ 在弹出菜单中选中generate 3D Anno→ 在屏幕中鼠标拾取截面的合适位置→ OK。
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②删除屏幕显示数据:UtilityMenu> PlotCtrls> Annotation> Create Annotation> Deletes Annotation→ 在屏幕点击鼠标右键→ Replot。
(5)显示其他载荷步和载荷子步的计算结果:Main Menu> General Postproc> Read Results> By Pick→ 选中需要查看的载荷步Load Step和载荷子步Substep→ Read→ Close。
四、ADPL步骤
!单位制mm、MPa、N.mm
Len=120 !杆长
bh=20 !杆宽杆高
My1=1.678e6 !塑性极限弯矩1.683/1.670kN.m
/PREP7
ET,1,BEAM188 !单元类型
SECTYPE, 1, BEAM, RECT, , 0 !横截面
SECOFFSET, CENT
SECDATA,bh,bh,16,16,0,0,0,0,0,0 !8/12/16
MP,EX,1,2.0E5 !弹性模量、泊松比
MP,PRXY,1,0.3
TB,MISO,1,1,4,0 !理想弹塑性
TBTEMP,0
TBPT,,1.0*835/2.0E5,835 !应变-应力
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, !关键点
K,2,0,0,Len,
LSTR, 1, 2 !线
LESIZE,1, , ,40, , , , ,1 !线份数
LMESH,1 !分网
/ESHAPE,1.0 !打开单元形状
FINISH
/SOLU !求解器
DK,1, , , ,0,ALL, !约束关键点
TIME,1 !第一载荷步
OUTRES,ALL,1 !输出每个子步结果
FK,2,MY,1.113e6 !施加弹性极限弯矩
SOLVE !求解
TIME,2 !第二载荷步
NSUBST,20,, !载荷子步
FK,2,MY,My1 !施加塑性极限弯矩
SOLVE !求解
FINISH
/POST1 !后处理
PLNSOL, S,EQV, 0,1.0 !等效应力
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