I-deas_弹塑性计算算例幻灯片.ppt

4 非线性静力分析 4 7弹塑性计算的一个例子计算一个受拉的有孔矩形板 矩形尺寸为100 200 20mm3 中心孔直径20mm 首先绘制框架草图如下 然后拉伸20形成零件 1 4 非线性静力分析 考虑对称性 取1 4板进行计算 采用20节点六面体单元划分网格 约束条件 除了两个对称面上的对称条件外 约束一个表面上的全部Z向位移 模型 载荷及约束条件如下 2 单元的弹塑性属性定义 在Meshing任务下 选择Property图标 然后选择solid单元类型进行修改 在PhusicalPropertyTables中 修改属性PlasticYieldFunction为1 VomMises屈服准则 其余不变 4 非线性静力分析 3 设置弹塑性材料性能点击Material图标 设置材料性能 首先将要显示的材料类型设置为 Plastic 4 非线性静力分析 4 选择材料类型 选择 Plastics 种类为金属 Metal 4 非线性静力分析 5 然后创建一种新材料 命名为Plastic Metal 4 非线性静力分析 6 输入材料属性 首先选择材料类型为Static NonlinearMatl 然后在材料属性表的对应区域分别输入 E 210000MPa 0 3由于应力 应变数据与温度无关 故选择Constant 以数据表 Matrix 方式输入 注意第一对值应该对应屈服应变和屈服应力 其比值应该等于弹性模量 此处输入三对值 分别是 0 001 210 210 0 001 210000 E0 01 280 280 210 0 01 0 001 77780 1 350 350 280 0 1 0 01 777 8上列数据中 屈服应力为210MPa 屈服应变0 001 4 非线性静力分析 7 材料属性表单 4 非线性静力分析 8 显示应力 应变数据曲线 4 非线性静力分析 9 在定义约束和载荷后 应该定义非线性静力的边界条件组 4 非线性静力分析 10 在ModelSolution中 定义非线性静力求解组 为此 首先应该将求解类型改为NonlinearStatic 否则无法设置非线性静力求解组 然后在求解组表单中点击Create 创建求解组 将求解类型设置为NonlinearStatics 然后输入组名 4 非线性静力分析 11 接下来点击LoadingandSolutionControl 设置载荷和求解参数 在相关表单中 激活MaterialNonlinear选项 然后可以增加 Add 或修改 Modify 计算工况 本例中仅设置一种工况 4 非线性静力分析 12 在Add ModifyTimeInterval表单中可以直接设置计算终止时间 边界条件组 材料类型 是否存储重启动数据及最大迭代次数 还可以进行输出选择 收敛准则和应力刚度控制的设置 4 非线性静力分析 13 输出选择表单 4 非线性静力分析 14 收敛准则设置表单 4 非线性静力分析 15 应力刚度控制表单 除了大变形或屈曲分析 一般不必激活应力刚度选项 4 非线性静力分析 16 设置完成后 进行求解 然后可以利用Visualizer查看结果 为了比较 先定义线性静力边界条件组和相应的解组并进行求解 得到纯弹性的计算结果 VonMises应力分布如下 4 非线性静力分析 17 纯弹性计算 VonMises应力超过屈服应力的区域 4 非线性静力分析 18 弹塑性计算结果 VonMises应力分布 4 非线性静力分析 19 弹塑性计算结果 VonMises应力超过屈服应力210MPa的区域 4 非线性静力分析 20 比较纯弹性和弹塑性的计算结果 可以看到 纯弹性的最大应力为568MPa 已经远远超过材料的屈服应力 210MPa 和拉伸极限 350MPa 显然很不合理 而弹塑性结果的最大应力仅为295MPa 比较合理 纯弹性结果的最大变形为0 101mm 而弹塑性结果的最大变形为0 199mm 明显增大 表现了进入塑性状态后 由于塑性模量远小于弹性模量 使得局部变形迅速增大 从超过屈服应力的区域来看 纯弹性的结果表现出高度的应力集中现象 而弹塑性计算的塑性区域明显大于纯弹性的计算结果 反映了当结构的局部应力超过屈服应力后 由于变形加大 其周围结构也逐渐进入塑性状态 从而使应力集中得到缓解 最大应力下降 从上述结果比较可见 弹塑性计算比纯弹性计算 其结果要合理的多 不过弹塑性计算受到材料参数 加载过程和求解控制等因素的影响 不同软件的计算结果的一致性较差 使其可靠性受到置疑 4 非线性静力分析 21 以下进一步研究载荷步的设置以及卸载的情况等 首先将载荷分为两步 分别为 Time 0 5时 压力为 100MPaTime 1 0时 压力为 200MPa为此 分别创建了两个LoadSet和两个边界条件组 然后在ModelSolution中修改求解组的LoadingandSolutionControl 改为两个载荷步 分别采用边界条件组1和2 4 非线性静力分析 22 计算结果如下 Time 0 5时 最大应力 227MPa 已经超过了屈服应力 4 非线性静力分析 23 Time 1 0时 与单步计算的结果比较 最小变形增加 最小应力减小 最大变形和应力则没有明显区别 4 非线性静力分析 24 然后采用5个载荷步进行计算各载荷步施加的载荷分别为最大载荷的 0 3 0 55 0 7 0 85 1 0对5个载荷步分别定义边界条件组1 5 然后在ModelSolution中修改求解组 将其分为5个求解步 分别对应上述的5个边界条件组 4 非线性静力分析 25 最后计算结果 与前面两个计算的结果比较 最小变形继续增加 最小应力继续减小 最大变形和应力则没有明显区别 4 非线性静力分析 26 下面研究卸载过程根据弹塑性理论 简单的说 当结构受载进入塑性 达到某一最大应力值后 如果卸载 材料将会出现 硬化 现象 即在结构中的应力绝对值再次达到该最大应力值前 材料性能类似于弹性材料 只有当结构应力超过该最大应力值后 材料性能才恢复为原来的弹塑性性质 此即所谓 鲍辛格效应 因此 加载到某一载荷并进入塑性后 如果卸载到零 在结构中将有残余变形和残余应力存在 为验证这一点 进行了加载 卸载过程的计算 在原来单步计算的基础上增加第二个边界条件组 取载荷值为1e 10 因为I deas不允许载荷值为零 所以给一个很小的值 然后修改单步计算的求解组 将整个求解分为两步 第二个载荷步为卸载 再重新进行计算 4 非线性静力分析 27 计算结果如下 由于加载过程与原来相同 这里只给出卸载后的结果 以下是变形情况 可以看到 由于卸载过程近似于是弹性的 在结构中产生了较大的残余变形 4 非线性静力分析 28 以下是残余应力情况 可以看到 在塑性区有较大的残余应力 离开塑性区较远处残余应力很小 4 非线性静力分析 29 下面对原来分两步加载的情况 同样增加分为两步的卸载过程 最终结果与单步加载 卸载的结果相同 即卸载过程是完全弹性的 以下是卸载后的残余变形情况 4 非线性静力分析