ANSYS弹性及塑性分析(非常经典)

1、目录什么是可塑性.1通路相关.1速率相关.1工程应力和应变以及实际应力和应变.1什么是激活可塑性.2塑性理论导论.2屈服准则.2流量标准.3加强指导方针.3塑料选项.5如何利用可塑性.6ANSYS输入.7输出.7程序使用中的一些基本原则.8加强融合的方法.8检查结果.9塑性分析示例(图形用户界面方法).9塑性分析示例(命令流方法).14弹塑性分析在这一卷中，我们将详细介绍由塑性变性-弹塑性分析引起的非线性问题，我们的主讲人是以下几个方面。35360.43353434443什么是可塑性塑性理论简介ANSYS程序中使用的性选项如何利用可塑性塑性分析练习什么是可塑性塑性是在给定载荷下永久变形的材料特

2、性。对于大多数工程材料，当应力低于比例极限时，应力-应变关系是线性的。此外，大多数材料在其应力低于屈服点时表现出弹性，也就是说，当载荷消除时，应变完全消失。由于屈服点和比例极限之间的差异很小，所以在ANSYS程序中假设它们是相同的。在应力-应变曲线中，屈服点以下的称为弹性部分，屈服点以上的称为塑性部分，也称为应变强化部分。塑性分析中考虑了塑性区的材料特性。路径依赖性：如果塑性是不可恢复的，那么这种问题与加载历史有关，这种非线性问题称为路径依赖或非保守非线性。路径依赖意味着对于给定的边界条件，可能有多个正确的解内应力和应变分布并且为了获得真正正确的结果，我们必须根据系统真正经历的加载过程来加载。

3、比率相关性：塑性应变的大小可能是加载速度的函数。如果塑性应变的大小与时间有关，这种塑性称为速率无关塑性，相反，与应变速率有关的性质称为速率相关塑性。大多数材料具有一定程度的速率依赖性，但是在大多数静态分析所经历的应变速率范围内，两种材料的应力-应变曲线几乎没有差别，因此在一般分析中，我们变得与速率无关。工程应力和应变以及实际应力和应变；塑性材料的数据通常以拉伸应力-应变曲线的形式给出。材料数据可以是工程应力()和工程应变()，也可以是实际应力()和实际应变()。真实应力和应变数据通常用于大应变的塑性分析，而工程应力和应变数据通常用于小应变分析。何时激活可塑性：当材料中的应力超过屈服点时，塑性被

4、激活(即发生塑性应变)。屈服应力本身可能是下列参数之一的函数。温度应变率以前的应急历史横向极限压力其他参数塑性理论导论在本章中，我们将依次介绍可塑性的三个主要方面：屈服准则流量标准强化标准产量标准：对于单轴拉伸试样，我们可以简单地将轴向应力与材料的屈服应力进行比较，以确定是否发生塑性变形。然而，对于一般应力状态，是否达到屈服点并不明显。屈服准则是应力状态的标量表示，可以与单轴试验的屈服应力相比较。因此，知道应力状态和屈服准则，程序可以确定是否有塑性应变。屈服准则的值有时被称为等效应力。一个通用的屈服准则是冯米塞斯屈服准则。当等效应力超过材料的屈服应力时，就会发生塑性变形。米塞斯屈服准则可以在主

5、应力空间中绘制，如图3-1所示。在三维中，屈服面是带轴的圆柱面，在二维中，屈服面是椭圆。屈服面内的任何应力状态都是弹性的，屈服面外的任何应力状态都会导致屈服。注：流体静力应力状态()不会导致屈服：屈服与流体静力应力无关，但仅与偏离应力有关，因此的应力状态比的应力状态更接近屈服。米塞斯屈服准则是除土壤和脆性材料以外的典型屈服准则。在土壤和脆性材料中，屈服应力与静水压力(限制压力)有关。约束压力越高，屈服所需的剪应力越大。流量标准：流动准则描述了发生屈服时塑性应变的方向，也就是说，流动准则定义了单个塑性应变分量(等)的方式。)随着屈服而发展。一般来说，流动方程是从塑性应变沿垂直于屈服面的方向发展的

6、屈服准则导出的。如果不使用其他流量标准(从其他不同的函数导出)，则该流量标准称为相关流量标准。这被称为无关流准则。强化标准：强化准则描述了初始屈服准则如何随着塑性应变的增加而发展。一般来说，屈服面的变化是先前应变历史的函数，在ANSYS程序中使用了两个加强准则。各向同性强化意味着屈服面根据材料的塑性功在尺寸上扩张。对于米塞斯屈服准则，屈服面在所有方向上均匀扩展。见图3-2。图3-2各向同性强化过程中屈服面变化图由于各向同性强化，压缩方向的屈服应力等于拉伸过程中的最高应力。后续强化假设屈服面的大小保持不变，仅在屈服方向移动。当一个方向的屈服应力增加时，相反方向的屈服应力应该减少。见图3-3。图3

7、-3后续强化过程中屈服面变化图在后续强化中，由于拉伸方向屈服应力的增加导致压缩方向屈服应力的减小，所以两个对应的屈服应力之间总是存在差异，初始各向同性的材料在屈服后将不再是各向同性的。塑料选项ANSYS程序提供了多种塑料材料选项，这里主要介绍四种典型的材料选项，可以通过激活数据表进行选择。经典双线性跟踪强化BKIN双线性各向同性增强BISO多线随动强化MKIN多线各向同性强化MISO经典的双线性后续加固(BKIN)使用双线性来表示应力-应变曲线，因此有两种斜率，弹性斜率和塑性斜率。由于采用了冯明斯的后续强化屈服准则，它包含了包申格效应。该选项适用于各向同性材料的小应变问题，包括大多数金属。要输

8、入的常数是屈服应力和切向斜率，在不同温度下最多可定义六条曲线。注意：使用MP命令定义弹性模量弹性模量也可以是温度相关的切线斜率不能为负或大于弹性模量当使用经典的双线性后续强化时，可以通过以下三个步骤来定义材料特性。1、定义弹性模量2.激活双线性后续增强选项3.使用数据表定义非线性特征双线性各向同性强化(BIS0)也用双线性来表示应力-应变曲线。在这个选项中，使用了各向同性强化的冯米塞斯屈服准则。该选项通常用于初始各向同性材料的大应变问题。需要输入的常量与BKIN选项相同。多线跟进强化(MKIN)利用多线表示应力-应变曲线，模拟跟进强化效果。该选项使用冯米塞斯屈服准则，这对于小应变分析很有用，因

9、为双线性选项(BKIN)不能充分表示应力-应变曲线。所需输入包括多达五个应力应变数据点(通过数据表输入)，并且可以定义不同温度下的五条曲线。当使用多线后续强化时，可以使用与BKIN相同的步骤来定义材料属性，只是在数据表中输入的常数不同。以下是用命令流定义多线后续强化的标准输入。MPTEMP，10，70MPDATA，EX，3，30ES，25ESTB，MK2N，3TBTEMP，STRA2N待定数据，0.01，0.05，0.1TBTEMP，10待定，30000，37000，38000TBTEMP，70待定，225000，31000，33000多线各向同性硬化(MISO)利用冯米塞斯屈服准则，用多线表

10、示各向同性硬化的应力-应变曲线，适用于比例加载和大应变分析。您需要输入多达100条应力-应变曲线，并且可以在不同温度下定义多达20条曲线。材料特性定义如下：1、定义弹性模量2.定义MISO数据表3.指定输入应力应变数据的温度值4.输入应力应变数据5.绘制材料的应力-应变曲线与MKIN数据表不同，MISO数据表在不同温度下可以有不同的应变值，因此每条温度曲线都有自己的输入表。如何利用可塑性在本章中，我们将介绍如何在程序中使用可塑性，主要集中在以下几个方面可用的ANSYS输入ANSYS的输出利用塑料的一些原则增加强收敛性的方法看看塑料分析的成果ANSYS输入：使用TB命令选择可塑性选项并输入所需常

11、数时，应考虑：常量应该是塑料选项所期望的形式。例如，我们总是需要应力和总应变，而不是应力和塑性应变。如果大应变分析仍在进行中，应力-应变曲线的数据应为真应力-真应变。对于双线性选项(BKIN，BISO)，可以根据以下方法确定输入常量和。如果材料没有明显的屈服应力，通常取对应于0.2%塑性应变的应力作为屈服应力，这可以通过在分析中预期的应变范围内拟合实验曲线得到。其他有用的加载步骤选项：所使用的子步骤的数量(所使用的时间步骤)，由于可塑性是与路径相关的非线性，它需要使用许多负载增量来加载激活自动时间步长如果应力-应变曲线在分析所经历的应变范围内是平滑的，则使用预测器选项可以大大减少塑性分析中的总

12、迭代次数。输出在塑性分析中，可以为每个节点输出以下量：EPPL -塑性应变分量，等等EPEQ累积等效塑性应变根据输入应力-应变曲线估算的EPEQ SEPL等效力流体静应力塑性状态变量单位体积累积的塑性功上面列出的节点的塑性输出实际上是最接近节点的积分点的值。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推。如果任何一个积分点都是塑性的(EPEQ=0)，那么节点的弹性应变和应力实际上就是积分点的值，这是程序的默认值，但是可以人为地改变。程序使用的一些基本原则：以下原则应有助于进行准确的塑性分析1.所需的塑料材料常数必须能够描述所经历的应力或应变范围内的材料

13、特性。2.缓慢加载应确保在一个时间步长内最大塑性应变增量小于5%。一般来说，如果Fy是系统开始屈服时的载荷，则塑性范围内的载荷增量应大致如下：0.05*Fy -用于表面力或集中力加载fy-对于位移载荷的情况3.模拟梁或壳等几何图形时，必须有足够的网格密度。为了充分模拟弯曲反应，在厚度方向上必须至少有两个元素。4.除非该区域的单位足够大，否则应避免应力奇异。建模引起的应力奇异性包括：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保持在弹性区域，可以使用以下方法来减少计算时间：弹性区域仅使用线性材料属性(不使用TB命令)在线性零件中使用子结构加强衔接的方法：如果不收敛是由数值计算引起的，可以使用以下方法来增强问题的收敛性：1.使用一个小的时间步长2.如果自适应下降因子关闭，将其打开；相反，如果它打开并且割线刚度持续使用，则将其关闭。3.使用线性搜索，尤其是当激活大变形或应变时4.预测选项有助于加速缓慢收敛问题，但也可能使其他问题变得不稳定。5.默认的牛顿-拉普森选项可以转换为修正的(MODI)或初始刚度(INIT)牛顿-拉普森选项，它比完整的牛顿-拉普森选项更