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，而耦合圆盘上和冲杆接触的节点的Y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 Menu>File>Change Jobname命令，弹出【Change Jobname】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 Menu>File>Change Title命令，弹出【Change Title】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Utility Menu>PlotCtrls>Window Controls>Win

3、dow Options命令，弹出【Window Option】对话框。在【Location of triad】下拉列表中选择“No Shown”选项，如图1所示，单击OK按钮。图12、定义单元类型定义单元类型。执行MainMenu>Preprocessor>Element Type>All/Edit/Delete命令，弹出【Element Types】对话框。单击Add按钮，弹出【Library of Element Types】对话框。在左右列表框中分别选择“Structural Solid”和“Quad 4node182”选项，如图2所示，单击OK按钮。图2设置单元选项。

4、在【Element Types】对话框中单击Options按钮，弹出【PLANE42 element 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】对话框中的Close按钮。图33、定义材料属性定义线弹性材料属性。执行MainMenu>Preprocessor>Material Props>Material Model命令，弹出【Define Material Models Behavior】窗口。双击【Material Models Ava

5、ilable】列表框中的“SStructuralLinearElasticIsotropic”选项，弹出【Linear Isotropic Properties 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【Define Material Models Behavior】窗口【Material Models Available】列表框中的“StructuralNonlinearInelastic>Rate Independent>Kinematic H

6、ardening Plasticity>Mises Plasticity>Multilinear(General)”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OK按钮。执行Masterial>Quit命令，完成材料属性设置。图4图54、建立几何模型生成矩形面。执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create&

7、gt;Areas>Rectangle>By Dimensions命令，弹出【Create 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Utility Menu>PlotCtrls>Numbering命令，弹出【Plot Numbering Contro

8、ls】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。面显示操作。执行Utility Menu>Plot>Areas命令，结果如图6所示。图6保存数据。单击ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按钮。5生成有限元模型布尔操作。执行Main Menu>preprocessor>Modefing>Operate>Booleans>Glue>Areas命令，弹出拾取框。拾取A1和A2，单击OK按钮。打开线编号控制。执行Uti

9、lity Menu>PlotCtrls>Numbering命令，弹出【Plot Numbering 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 Menu>Plot>Lines，结果如图7所示。图7单元尺寸控制（均匀段）。执行Main Menu>preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picken Li

10、nes命令，弹出拾取框。拾取L1和L3，单击OK按钮，弹出【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【KYNDIV SIZE,NDIV can be 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。图8单元尺寸控

11、制（非均匀段）。拾取编号为L9和L10的线条，弹出【Element Size on Picken 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 changed】复选框，单击OK按钮。网格划分。执行Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>3or4 sided命令，弹出拾取框。单击Pick All按钮，显示的网格如图9所示。图9设置耦合。执行Main Menu>Prepr

12、ocessor>Coupling/Ceqn>Couple 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OK按钮，弹出【Define Couple DOFs】对话框，如图10所示。在【Set reference 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Y方向位移，显示结果如图11所示。图10图11保存数据。单击ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按钮。6、定义分析类型和设置选项定义分析类型。执行Main Menu>Solution

13、>Analysis Type>New Analysis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 Menu>Solution>Analysis Type>Soln Controls命令，弹出【Solution Controls】对话框，如图12所示。选择【Nonlinear】选项卡，在【DOF solution predictor】下拉列表框中选择“On for aii substep”选项，单击OK按钮。设置求解选项控制。执行Main Menu>Solution>Analysis

14、 Type>Soln 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 of substeps】文本框中输入“1”如图13所示，单击OK按钮。图12图137、施加约束条件及载荷施加约束条件。执行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply&g

15、t;Structural>Displacement>On Lines命令，弹出拾取框。拾取L4，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“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Main Menu>Solution>Define Loads>A

16、pply>Structural>Force/Moment>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 Nodes】对话框，如图15所示。在【Direction of force/mom】下拉列表框中选择“FY”选项，打击OK按钮。图14图158、载荷步选项控制及求解运算写入第一个载荷步。执行Main Menu>Solution>Load Step Opts>Write LS File命令，弹出【Write Load Step File】对话框。在【Load step file number n】

17、文本框中输入“1”，单击OK按钮。设置求解选项控制。执行Main Menu>Solution>Analysis Type>Soln Controls命令，弹出【Solution Controls】对话框。在【Analysis Options】、【Automatic time stepping option】和【Frequency】下拉列表框中分别选择“Large Displacement 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“1

18、”及“10”，打你OK按钮。施加集中载荷。执行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>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 Nodes】对话框。在【Direction of force/mom】下拉列表框中选择“FY”选项，在【Load TEmP value】文本框中输入“-6000”，单击OK按钮。写入第二个载荷步。执行Main Menu>Solution>Load Step Opts>

19、;Write 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 Menu>Solution>Analysis Type>Soln Controls命令，弹出【Solution Controls】对话框。在【Analysis Options】、【Automatic time stepping option】和【Frequency】下拉列表框中分别选择“Large Displacement Static”、“On”及“Write ever

20、y 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 Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>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 Nodes】对话框。在【Direction of force/mom】下拉列表框中选择“FY”选项，在【Load TEmP value】文本框

21、中输入“750”，单击OK按钮。写入第三个载荷步。执行Main Menu>Solution>Load Step Opts>Write 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 Menu>Solution>Analysis Type>Soln Controls命令，弹出【Solution Controls】对话框。在【Analysis Options】、【Automatic time stepping opti

22、on】和【Frequency】下拉列表框中分别选择“Large Displacement 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。执行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>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 Nodes】对话框

23、。在【Direction of force/mom】下拉列表框中选择“FY”选项，在【Load TEmP value】文本框中输入“-6000”，单击OK按钮。写入第四个载荷步。执行Main Menu>Solution>Load Step Opts>Write 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。保存数据。单击ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按钮。求解问题。执行Main Menu>Solution>Solve>From L

24、S File命令，弹出如图16所示的【Solve Load Step Flies】对话框。在【LSMIN】和【LSMAX】文本框中分别输入“1”及“4”，单击OK按钮开始求解。求解完毕弹出【Solution is done】对话框，单击Close按钮。图169、通用后处理总位移显示。执行Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Soluation命令，弹出【Contour Nodal Solution Data】对话框，如图17所示。在【Item to be contoured】左右列表框中选择

25、“DOF solution”和“Displacement vector sum”选项，并选择“Deformed shape with undeformed edge”选项。单击OK按钮，结果如图18所示。图17图18读入第三个载荷步。执行Main Menu>General Postproc>Read Results>By LoadStep命令，弹出【Read Results By Load Step Number】对话框，如图19所示。在【LSTEP】文本框中输入“3”，单击OK按钮。图19重新显示。执行Utility Menu>Plot>Replot命令，结果如

26、图20所示。图2010、时域后处理定义位移变量。执行Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables命令，弹出【Define Time-History Variable】对话框。单击Add按钮，弹出【Add Time-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【Item,Comp data item】右列表框中选择“UY”选项，单击OK按钮。图21定义反作用力变量。单击【

27、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【Name】文本框中输入“FY1”，在【Item,Comp data item】右列表框中选择“FY”选项。单击OK按钮，单击Close按钮关闭【Define Time-History Variable】对话框。绘制位移时程图。执行Main Menu>Timehist Postpro>Graph Varibles命令，弹出【Graph Time-History Variable】对话框，如图22所示。在【1st variable to graph】文本框中输入“2”，单击OK按钮，结果如图23所示。图22图23定义坐标标题。执行