圆盘塑性变形分析

1、圆盘塑性变形分析一、问题提出对一个圆盘在周期载荷作用下的塑性进行分析,一个周边简支的圆盘如下图所示。在其中心而耦合圆受到一个冲杆的周期作用，由于冲杆被假定是刚性的，因此在建模时不考虑冲杆,盘上和冲杆接触的节点的 丫方向上的位移。由于模型和载荷都是轴对称的，因此用轴对称模型计算。求解通过 4个载荷步实现。圆盘加载荷图材料样式模量EX=70000MP泊松比NUXY=0.325塑性时的应力-应变关系见下表 1加载历史见表2。表1 : 应力-应变关系应变应力0.0007857550.005751120.029251720.1241表2：加载历史时间载荷（N）001-600027503-6000二、操作

2、步骤1、定义工作文件名及工作标题 定义工作文件名。执行Utility Men uFileCha nge Job name命令，弹出【ChangeJobnamd 对话框。输入“ Kinematic ” 选择【New log and error files 】复选框，单击OK按钮。 定义工作标题。执行 Utility MenuFileChange Title命令，弹出【ChangeTitle】对话框。输入是“ 1245523114 （学号）”单击OK按钮。 关闭坐标符号的显示。执行 UtilityMen u PlotCtrlsWi ndowControlsWindow Options 命令，弹出【

3、WindowOption 】对话框。在【Locationof triad】下拉列表中选择“ No Shown选项，如图1所示，单击OK按钮。A Window Options/PLOPTS Window OptionsUNFOLEGlLEG2LEG3Display of legendLegend headerView portion of legendContour legendMulti Legend17 OnOnOnFRAME Window frameTTTLE TitleMINM IWIin-Max symbolsFILE Jobname厂OffLOGO AN SYS logo dWpl

4、日 yWINS Automatic window sizing -when entire legend turned on or off WP WP drawn as part of plot?DATE DATE/HME displayGraphical logo 勺R On厂NoDate and Time/TRIAD Location of triadNot shown/REPLOTl Replot Upon OK/Apply?ReplotOPreprocessorElement TypeAII/Edit/Delete命令，弹出【Element Typesl对话框。单击Add按钮，弹出【Li

5、brary of ElementTypesl对话框。在左右列表框中分别选择“Structural Solid ”和“Quad4node182选项，如图2所示，单击OK按钮。Library of Element TypesStructural MassLinkBmitiPipeSolidMElement type reference number2S node 133Brick 8 node 135 20node 186 cone ret iQuad 4 node 132OKCancelHdp设置单元选项。在【Element Types】对话框中单击 Options按钮，弹出【PLANE4lem

6、ent type options 】对话框，如图 3 所示。在【Element behavior 】 下拉列表框中选择“Axisymmetric ”选项，单击OK按钮，单击【Element Types】3、定义材料属性定义线弹性材料属性。执行 MainMenuPreprocessorMaterialProp sMaterial Model 命令，弹出【Define Material Models Behavior 】窗口。双击 【Material ModelsAvailable 】 列表框中 的“ SStructuralLi nearElasticlsotro pic”选项，弹出【Lin ea

7、r Isotro picProp erties for Material Number 1】对话框。在【EX】和【PRXY文本框中分别输入“ 7.0E10”及“ 0.325 ”，单击OK按钮。定义和填充多线性随动强化数据表。双击【DefineMaterial Models Behavior 】窗 口 【Material Models Available】 列表框中的“ StructuralNo niin earl nelasticRate Independen tK in ematic Harde ningPlasticityMisesPlasticityMultili near(Ge ner

8、al)”选项，弹出如图4所示的【Multilinear Kinematic Hardening for Material Number 1】对话框。3次单击Add Point按钮，将应力应变对应关系输入相应的文本框中。单击Graph按钮可绘制应力应变关系图，如图 5所示，单击0K按钮。执行MasterialQuit命令，完成材料属性设置。A Multilinear Kinematic Hardening for Material Number 1.Multilinear Kinematic Hardening far Mai erial Number 1Stress-Strain Optiot

9、ie|Stress versus TotalT11 0STRAINSTRESS7.S57c-5. 75e-3112e6 925e-21比或0.1241e6Add Temperature|Delete TeiqperatLiTe|Add Pciint Delete PointGraphOK1Canoe! |Help1DataKINH Table PreviewANSYSFtl4.5DEC 25 201514:44;2a1245523114Dimensions 命4、建立几何模型MainMenuPrep rocessorModeli ngCreateAreasRecta ngleBy令，弹出【Cr

10、eate Rectangle by Dimensions】对话框。在【X-coordinates 】 文本框中输入“ 0,0.05 ”，在【Y-coordinates】文本框中输入“ 0,0.065 ”，单击Apply 按钮。在【X-coordinates 】文本框中输入“0.05,0.65 ”，在【Y-coordinates 】文本框中输入“ 0,0.065 ”，单击OK按钮。打开面编号控制。执行UtilityMenuPlotCtrlsNumbering命令，弹出【PlotNumbering Controls 】对话框。选择【Areas numbers!复选框，在【Numbering sho

11、wn with】下拉列表框中选择“ Colors&numbers”选项，单击 OK按钮。面显示操作。执行 Utility MenuPlotAreas命令，结果如图6所示。kSEASNUMANSYSDEC 曲 201S14;48:D61245523114保存数据。单击 ANSYS Toolbar中的SAVE_DBe钮。5生成有限元模型Main命令，弹出拾取命令，弹出【PlotMenuprep rocessorModefi ngOp erateBoolea nsGlueAreas框。拾取A1和A2,单击OK按钮。打开线编号控制。执行 Utility MenuPlotCtrlsNumberingNu

12、mbering Controls 】对话框。选择【Areas numbers!复选框，在【Numbering shown with】下拉列表框中选择“ Colors&numbers”选项，单击 OK按钮。线显示操作。执行Utility MenuPlotLines，结果如图7所示。LINKSLIKL TOHANSYSDEC 曲 201S14;50;4S6124552311单元尺寸控制（均匀段）。执行 Ma in Men u prep rocessorMeshi ngSizeCntrlsManualSizeLinesPickenLines 命令，弹出拾取框。拾取 L1 和 L3，单击OK按钮，弹出

13、【Element Size on Picken Lines 】对话框，如图8所示。在【No.of element divisions 】文本框中输入“ 3”，清除【KYNDIVSIZE,NDIV canbe changed】复选框，单击 Apply按钮。拾取L2, L4和L6,单击OK按钮，弹出【Element Size on Picken Lines 】对话框。在【No.of element divisions】 文本框中输入“ 4”，清除【KYNDIV SIZE,NDIV can be changed】复选框，单击Apply按钮。豐:山 miJMBNDIV No. of element d

14、ivisions厂iNo(NDIV is used only if SIZE is blank or zeroKYNDIV SIZE,NDIV can be changedSPACE Spacing ratioANGSIZ Division arc (degrees)use ANGSIZ only if number of divisions (NDIV) and element edge length (SIZE) are blank or zeroOKApplyCancelHelp单元尺寸控制（非均匀段）。拾取编号为L9和L10的线条，弹出【Element Sizeon Pi eke n

15、Lines】对话框。在【No.of element divisions】和【SPACE文本框中分别输入“20” 及“ 2”，清除【KYNDIV SIZE,NDIV can be ehanged 】复选框，单击OK按钮。网格划分。执行 Main MenuPreprocessorMeshingMeshAreasMapped3or4sided命令，弹出拾取框。单击 Pick All按钮，显示的网格如图9所示。Clear attached areas and volumesANSYSR1趾5DEC 29 201514:54:2S1215523114设置耦合。执行 Main MenuPreprocess

16、orCoupling/CeqnCoupie DOFs命令,弹出拾取框。选择节点9,然后依次选择节点11, 10和5。单击0K按钮，弹出【Define Coupie DOFs 】对话框，如图 10 所示。在【Set referenee number 】 文本框中输入“1”在【Degree-of-freedom label】下拉列表框中选择“ UY选项，单击OK按钮。这样全部耦合顶部节点的 丫方向位移，显示结果如图11所示。1Lab Degree-of-freedom lab&lUYOKApplyCancelHelp图10ELEMENTSANSYSFI14.SDEC 29 201SH:5Si52图

17、11保存数据。单击 ANSYS Toolbar中的SAVE_D钮。6定义分析类型和设置选项定义分析类型。执行 Main MenuSolutionAnalysis TypeNewAnalysis 命令,弹出【New Analysis】对话框。选择“ Static ”单选按钮，单击OK按钮。打开预测器。执行 Main MenuSolutionAnalysisTypeSoln Controls 命令,弹出【Solution Controls】对话框，如图12所示。选择【Nonlinear】选项卡,在【DOFsolutionpredictor】下拉列表框中选择“On for aii substep ”

18、 选项,单击OK按钮。设置求解选项控制。执行 Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls命令，弹出【Solution Controls】对话框。在【Analysis Options】和【Frequency】下拉列表框中分别选择 “Large Displacement Static ”及“Write every substep ”选项，在【Time at end of loadstep】文本框中输入“ 1e-6”，在【Number ofsubsteps】文本框中输入“ 1”如图13所示，单击OK按钮。A Solution ControlsLxBasic

19、Transient Sol*ii Options Nonlinear Advanced NL-Wanliriear Options-Cutback ControlLine search |Prog ChosenDOF soluticmOn for all substpjJ predictorVT Speedup |offEquilibrium IterationsCreep Option厂 Include strain rate effectSet convergence criteria .Limits an physical values to per form bisection：Equ

20、iv+ PlasticExplicit Creepstrainratioratio|0.15|o.i厂Inplicit CreepIncremtntal displaccment10000000 Points per cycle|13席 Cutback according to predicted number of iterations广 Always iterate to 25 equilibrium iterationsOKCancelHelp图12A Solution Contfols 丸KT：,.BasicTransient Sol n Options| Honlinear | Ad

21、vanced HL-Analysis OptionsLatrge Displacemenl Static 3 厂 Calculate prestress effects-Vb-ite Items to ResultsFiler Time ControlTime at end of iDadstepJle-SAutoniatic time stepping |Ptaa Chosen TF Humber of substeps 广 Time inCicmcnt Number of substeps Wax no. of subst eps Win no. of substepsw0ohloddi

22、DOF Sotuliofi Modal AeacHon Loadg ElemwtSotjiion Elerwril Nodal Loads Element Nodal StressesFrequency：I Write every substep where M 二1orCancel=JHelp图137、施加约束条件及载荷施加约束条件。执行Mai nMe nuSolutio nDefi neLines命令，弹出拾取框。拾取L4,LoadsA PP lyStructuralDis placeme ntOn单击OK按钮弹出【Apply U,ROTon Lines】对话框。在【DOFsto be c

23、ontrained 】列表框中选择“ UX选项，单击Apply按钮。拾取L1和L9,单击OK按钮弹出【Apply U,ROT on Lines】对话框。在【DOFs to be contrained】列表框中选择“ UY选项，单击OK按钮，结果如图14所示。如果弹出警告信息，单击Close按钮。施加集中载荷。执行 MainMe nuSolutio nDefi neLoadsA PP lyStructuralForce/Mome nt On Nodes 命令，弹出拾取框。拾取编号为9的节点（左上角），单击OK按钮弹出【Apply F/M on Noded对话框，如图15所示。在【Directio

24、n of force/mom 】下拉列表框中选择“ FY选项，打击OK按钮。ANSYS图14ELLEKENTS1245523114DEC 曲 2D1S 14;5?:52ApplyCancelApply 2古If Constant value then: VALUE Force/moment valueHelp IOKF Apply Force/Moment on Nodes Lab Direction of force/mom图158、载荷步选项控制及求解运算写入第一个载荷步。执行 Ma in Men uSolutio nLoad Ste p Op tsWrite LS File 命令，弹出【

25、 Write Load Step File 】对话框。在【 Load step file number n 】文本框中输入“ T,单击OK按钮。设置求解选项控制。 执行 Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls命令，弹出【Solution Controls 】对话框。在【Analysis Options 】、【Automatictime stepping option】 和【Frequency】 下拉歹U表框中分别选择 “ LargeDisplacement Static ”、“On 及“Write every substep ”选项，在【Time

26、 at end of load step 】和【 Number of substeps 】文本框中分别输入“ 1”及“ 10”，打你OK按钮。 施 加 集 中 载 荷 。 执 行 Main MenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes 命令，弹出拾取框。拾取编号为9的节点（左上角），单击OK按钮，弹出【Apply F/M on Nodes】对话框。在【Direction of force/mom】下拉列表框中选择“FY选项，在【Load TEmFValue】文本框中输入“ -6000”，单击OK按钮。写入第二个载荷步。执行

27、 Main MenuSolutionLoad Step OptsWrite LS File命令，弹出【 Write Load Step File 】对话框。在【 Load step file number n 】文本框中输入“ 2”，单击OK按钮。设置求解选项控制。 执行 Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls命令，弹出【Solution Controls 】对话框。在【Analysis Options 】、【Automatictime stepping option】 和【Frequency】 下拉歹U表框中分别选择 “ LargeDispla

28、cement Static ”、“On 及“Write every substep ”选项，在【Time at end of load step 】和【 Number of substeps 】文本框中分别输入“ 2”及“ 10”，单击OK按钮。 施 加 集 中 载 荷 。 执 行 Main MenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes 命令，弹出拾取框。拾取编号为9的节点（左上角），单击0K按钮，弹出【Apply F/M on Nodes】对话框。在【Direction of force/mom】下拉列表框中选择“FY选

29、项，在【Load TEmFValue】文本框中输入“ 750”单击OK按钮。写入第三个载荷步。执行 Ma in Men uSolutio nLoad Ste p Op tsWrite LS File命令，弹出【 Write Load Step File 】对话框。在【 Load step file number n 】文本框中输入“ 3”单击OK按钮。设置求解选项控制。 执行 Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls命令，弹出【Solution Controls 】对话框。在【Analysis Options 】、【Automatictime st

30、epping option 】 和【 Frequency】 下 拉列 表框中 分别选择 “ LargeDisplacement Static ”、“On 及“Write every substep ”选项，在【Time at end of load step 】和【 Number of substeps 】文本框中分别输入“ 3”及“ 10”，单击OK按钮。MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes 命令，弹出拾取框。拾取编号为9的节点（左上角），单击OK按钮，弹出【Apply F/M on Nodes】对话框。

31、在【Direction of force/mom】下拉列表框中选择“FY选项，在【Load TEmFValue】文本框中输入“ -6000”，单击OK按钮。写入第四个载荷步。执行 Main MenuSolutionLoad Step OptsWrite LS File命令，弹出【 Write Load Step File 】对话框。在【 Load step file number n 】文本框中输入“ 4”单击OK按钮。(11)保存数据。单击 ANSYS Toolbar中的SAVE_D钮。(12)求解问题。执行 Main Men uSolutio nSolveFrom LS File命令，弹出

32、如图16所示的【Solve Load Step Flies】对话框。在【LSMIN和【LSMA】文本框中分别输入“T及“4”，单击OK按钮开始求解。求解完毕弹出【Solution is done】LSSOLVE Solve by Reading Data from Load Step LS) Fifes LSMIN Starting LS file number对话框，单击Close按钮。LSMAX Ending LS file rjmbftfOKLSINC File number increment图169、通用后处理总位移显示。执行 Main MenuGeneral PostprocPlo

33、tResultsContourPlotNodal Soluation命令，弹出【Contour Nodal Solution Data】对话框, 如图17所示。在【Item to be con toured】左右列表框中选择“ DOF solution ” 和 “ Displacement vector sum” 选项，并选择 “ Deformed shape with undeformededge”选项。单击OK按钮，结果如图18所示。/ Contour Nodal Solution Datar Item to be contoured囱 FavorilesNodal Eolutioii D

34、OF Solution0 X-Compon&nt of displacement Q -Component of displacementASSESS血 StressTotal MechanicalQ Elastic Strain站 Plastic Strain A Creep Strain 囱 Therinal StrainTotal Mechanical0 Ewelling strainvector sumStrainand Thermal StrainT T1 1111unaispiacea snapc KeyUndisplaced shape keyDeformed shape wit

35、h undefornied edgeScale FactorTrue ScaledllAdditional Options1ApplyCancelar图17MODAL SOLUTIONANSYSkl4.5STEP*4SUB -TIME=3CJSUH AVG)E5Y5=0EHK *.37LE-0fiSMK -.371E-0fiDC 甜：01515:20:46.e24E-aT.L65E-O6.247-06,412E-C7,124E-06.2QE-O.330-06.2S9E-06.371E-061245523114图18读入第三个载荷步。执行重新显示。执行 Utility MenuPlotReplo

36、t命令，结果如图20所示。NODAl SOLDTIOHANSYSSTEP=4SUE =6I1ME=3 usRSYS-0CMX =.371E-06SMX =.371-Q6DEC 29 2D】5MH.e24E-01*412E-07h124C-0.165E-06.24TE-0e*2IJE-0e.330E-06*311E-06Main Men uGe neral P ost procRead ResultsByLoadstep 命令，弹出【Read Results By Load Step Number 】对话框，如图 191245523114图2010、时域后处理定义位移变量。执行 Mai n Me

37、n uTimeHist P ost proDefi ne Variables命令, 弹出【Define Time-History Variable 】对话框。单击 Add按钮，弹出【AddTime-History Variable 】对话框，如图21所示。单击OK按钮，弹出一个拾取框。拾取编号为9的节点（加载处），单击OK按钮弹出【Define Nodal Data】对话框。在【Name文本框中输入“ UY9，在【ltem,Comp data item】右列表框中选择“ UY选项，单击OK按钮。Add Time-History VariableType of variableElement results. by seq no.Reaction forcesGap Force dataSolution summaryOKCancelHelp图21定义反作用力变量。单击【Define Time-History Variable】对话框中的Add按钮，弹出【Add Time-History Variable 】对话框。选择“ Reaction force ”单选按钮，单击Ok按钮弹出一个拾取框。拾取编号为的节点（原点位置），单击OK按钮弹出【Define Nodal Data】对话框。在【