ANSYS中的塑性選項(xiàng)

2017-03-02 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

ANSYS程序提供了多種塑性材料選項(xiàng),在此主要介紹四種典型的材料選項(xiàng)可以通過激活一個(gè)數(shù)據(jù)表來選擇這些選項(xiàng)。

?經(jīng)典雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化 BKIN
?雙線性等向強(qiáng)化 BISO
?多線性隨動(dòng)強(qiáng)化 MKIN
?多線性等向強(qiáng)化 MISO

經(jīng)典的雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化(BKIN)使用一個(gè)雙線性來表示應(yīng)力應(yīng)變曲線,所以有兩個(gè)斜率,彈性斜率和塑性斜率,由于隨動(dòng)強(qiáng)化的Vonmises 屈服準(zhǔn) 則被使用,所以包含有鮑辛格效應(yīng),此選項(xiàng)適用于遵守Von Mises 屈服準(zhǔn)則,初始為各向同性材料的小應(yīng)變問題,這包括大多數(shù)的金屬。

需要輸入的常數(shù)是屈服應(yīng)力和切向斜率,可以定義高達(dá)六條不同溫度下的曲線。
注意:
?使用MP命令來定義彈性模量
?彈性模量也可以是與溫度相關(guān)的
?切向斜率Et不可以是負(fù)數(shù),也不能大于彈性模量

在使用經(jīng)典的雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化時(shí),可以分下面三步來定義材料特性。
1、定義彈性模量
2、激活雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化選項(xiàng)
3、使用數(shù)據(jù)表來定義非線性特性

雙線性等向強(qiáng)化(BIS0),也是使用雙線性來表示應(yīng)力-應(yīng)變曲線,在此選項(xiàng)中,等向強(qiáng)化的Von Mises 屈服準(zhǔn)則被使用,這個(gè)選項(xiàng)一般用于初始各向同性材料的大應(yīng)變問題。需要輸入的常數(shù)與BKIN選項(xiàng)相同。

多線性隨動(dòng)強(qiáng)化(MKIN)使用多線性來表示應(yīng)力-應(yīng)變曲線,模擬隨動(dòng)強(qiáng)化效應(yīng),這個(gè)選項(xiàng)使用Von Mises 屈服準(zhǔn)則,對(duì)使用雙線性選項(xiàng)(BKIN)不能足夠表示應(yīng)力-應(yīng)變曲線的小應(yīng)變分析是有用的。

需要的輸入包括最多五個(gè)應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)點(diǎn)(用數(shù)據(jù)表輸入),可以定義五條不同溫度下的曲線。在使用多線性隨動(dòng)強(qiáng)化時(shí),可以使用與BKIN相同的步驟來定義材料特性,所不同的是在數(shù)據(jù)表中輸入的常數(shù)不同,下面是一個(gè)用命令流定義多線性隨動(dòng)強(qiáng)化的標(biāo)準(zhǔn)輸入。

MPTEMP,,10,70
MPDATA,EX,3,,30ES,25ES
TB,MK2N,3
TBTEMP,,STRA2N
TBDATA,,0.01,0.05,0.1
TBTEMP,10
TBDATA,,30000,37000,38000
TBTEMP,70
TBDATA,,225000,31000,33000

多線性等向強(qiáng)化(MISO)使用多線性來表示使用Von Mises屈服準(zhǔn)則的等向強(qiáng)化的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,它適用于比例加載的情況和大應(yīng)變分析。

需要輸入最多100個(gè)應(yīng)力-應(yīng)變曲線,最多可以定義20條不同溫度下的曲線。
其材料特性的定義步驟如下:
1、定義彈性模量
2、定義MISO數(shù)據(jù)表
3、為輸入的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)指定溫度值
4、輸入應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)
5、畫材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

與MKIN 數(shù)據(jù)表不同的是,MISO的數(shù)據(jù)表對(duì)不同的溫度可以有不同的應(yīng)變值,因此,每條溫度曲線有它自己的輸入表。

在程序中使用塑性包括以下幾個(gè)方面
?可用的ANSYS輸入
?ANSYS 輸量
?使用塑性的一些原則
?加強(qiáng)收斂性的方法
?查看塑性分析的結(jié)果

ANSYS 輸入:
當(dāng)使用TB命令選擇塑性選項(xiàng)和輸入所需常數(shù)時(shí),應(yīng)該考慮到:

?常數(shù)應(yīng)該是塑性選項(xiàng)所期望的形式, 例如,我們總是需要應(yīng)力和總的應(yīng)變,而不是應(yīng)力與塑性應(yīng)變。

?如果還在進(jìn)行大應(yīng)變分析,應(yīng)力-應(yīng)變曲線數(shù)據(jù)應(yīng)該是真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變。

其它有用的載荷步選項(xiàng):

?使用的子步數(shù)(使用的時(shí)間步長),既然塑性是一種與路徑相關(guān)的非線性,因此需要使用許多載荷增量來加載
?激活自動(dòng)時(shí)間步長
?如果在分析所經(jīng)歷的應(yīng)變范圍內(nèi),應(yīng)力-應(yīng)變曲線是光滑的,使用預(yù)測器選項(xiàng),這能夠極大的降低塑性分析中的總體迭代數(shù)。

輸出量

在塑性分析中,對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以輸出下列量:

EPPL-塑性應(yīng)變分量等

EPEQ-累加的等效塑性應(yīng)變

SEPL-根據(jù)輸入的應(yīng)力-應(yīng)變曲線估算出的對(duì)于EPEQ的等效應(yīng)力

HPRES-靜水壓應(yīng)力

PSV-塑性狀態(tài)變量

PLWK-單位體積內(nèi)累加的塑性功

上面所列節(jié)點(diǎn)的塑性輸出量實(shí)際上是離節(jié)點(diǎn)最近的那個(gè)積分點(diǎn)的值。

如果一個(gè)單元的所有積分點(diǎn)都是彈性的(EPEQ=0),那么節(jié)點(diǎn)的彈性應(yīng)變和應(yīng)力從積分點(diǎn)外插得到,如果任一積分點(diǎn)是塑性的(EPEQ>0),那么節(jié)點(diǎn)的彈性應(yīng)變和應(yīng)力實(shí)際上是積分點(diǎn)的值,這是程序的缺省情況,但可以人為的改變它。

程序使用中的一些基本原則:

下面的這些原則應(yīng)該有助于可執(zhí)行一個(gè)精確的塑性分析

1、所需要的塑性材料常數(shù)必須能夠足以描述所經(jīng)歷的應(yīng)力或應(yīng)變范圍內(nèi)的材料特性。

2、緩慢加載,應(yīng)該保證在一個(gè)時(shí)間步內(nèi),最大的塑性應(yīng)變?cè)隽啃∮?%,一般來說,如果Fy是系統(tǒng)剛開始屈服時(shí)的載荷,那么在塑性范圍內(nèi)的載荷增量應(yīng)近似為:
?0.05*Fy-對(duì)用面力或集中力加載的情況
?Fy-對(duì)用位移加載的情況

3、當(dāng)模擬類似梁或殼的幾何體時(shí),必須有足夠的網(wǎng)格密度,為了能夠足夠的模擬彎曲反應(yīng),在厚度方向必須至少有二個(gè)單元。

4、除非那個(gè)區(qū)域的單元足夠大,應(yīng)該避免應(yīng)力奇異,由于建模而導(dǎo)致的應(yīng)力奇異有:
?單點(diǎn)加載或單點(diǎn)約束
?凹角
?模型之間采用單點(diǎn)連接
?單點(diǎn)耦合或接觸條件

5、如果模型的大部分區(qū)域都保持在彈性區(qū)內(nèi),那么可以采用下列方法來降低計(jì)算時(shí)間:
?在彈性區(qū)內(nèi)僅僅使用線性材料特性( 不使用TB 命令)
?在線性部分使用子結(jié)構(gòu)

加強(qiáng)收斂性的方法:

如果不收斂是由于數(shù)值計(jì)算導(dǎo)致的,可以采用下述方法來加強(qiáng)問題的收斂性:

1、使用小的時(shí)間步長

2、如果自適應(yīng)下降因子是關(guān)閉的,打開它,相反,如果它是打開的 ,且割線剛度正在被連續(xù)地使用,那么關(guān)閉它。

3、使用線性搜索,特別是當(dāng)大變形或大應(yīng)變被激活時(shí)。

4、預(yù)測器選項(xiàng)有助于加速緩慢收斂的問題,但也可能使其它的問題變得不穩(wěn)定。

5、可以將缺省的牛頓-拉普森選項(xiàng)轉(zhuǎn)換成修正的(MODI)或初始剛度(INIT)牛頓-拉普森選項(xiàng),這兩個(gè)選項(xiàng)比全牛頓-拉普森選項(xiàng)更穩(wěn)定( 需要更的迭代),但這兩個(gè)選項(xiàng)僅在小撓度和小應(yīng)變塑性分析中有效。

查看結(jié)果

1、感興趣的輸出項(xiàng)(例如應(yīng)力,變形,支反力等等)對(duì)加載歷史的響應(yīng)應(yīng)該是光滑的,一個(gè)不光滑的曲線可能表明使用了太大的時(shí)間步長或太粗的網(wǎng)格。

2、每個(gè)時(shí)間步長內(nèi)的塑性應(yīng)變?cè)隽繎?yīng)該小于5%,這個(gè)值在輸出文件中以“Max plastic Strain Step”輸出,也可以使用POST26來顯示這個(gè)值(Main Menu:Time Hist Postpro Define Variables)。

3、塑性應(yīng)變等值線應(yīng)該是光滑的,通過任一單元的梯度不應(yīng)該太大。

4、畫出某點(diǎn)的應(yīng)力—應(yīng)變圖,應(yīng)力是指輸出量SEQV(Mises 等效應(yīng)力),總應(yīng)變由累加的塑性應(yīng)變EPEQ和彈性應(yīng)變得來。

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