搜索ansys预应力螺栓的蠕变分析（应力松弛）
2017-08-25 by:CAE仿真在线 来源:互联网
前面有专门对预应力螺栓的问题进行了说明,下面继续就那个问题说明如何分析后面的蠕变行为。
2017年3月推送文章
Ansys螺栓预紧力(Hypermesh前处理)
1.蠕变现象
蠕变现象简单来讲就是材料在高温作用下,即使所处工况不变,材料内部应力(应变)仍会随时间产生变化的现象。典型的蠕变曲线
如下:
典型蠕变曲线
在初始蠕变阶段(第一蠕变阶段),蠕变速率随着时间会逐渐下降;在稳态蠕变阶段(第二蠕变阶段)蠕变速率会保持不变;而加速蠕变阶段(第三蠕变阶段),蠕变速率急速上升,往往意味着材料失效的发生。
下面主要对其中两种情况进行说明,这两种情况也是本文所讨论的两类分析(仅讨论初始蠕变阶段):
①对于外部载荷不变也就是常载荷的情况,结构蠕变应变会随着时间逐渐变大,类似于高温情况下加载,结果变形越来越大。
②对于像预应力螺栓这种在一定初始应力场下且结构边界保持不变的情况下,结构内部应力会随着时间逐步减小,也就是常说的应力松弛。
2.蠕变本构
蠕变方程通常是应力,应变,温度以及时间的函数。即
对于蠕变材料的本构,ansys给出了很多,其中大部分都是根据实验测得,这里仅简单说下时间强化蠕变模型,这个本构模型也是使用比较多的。
Help中给出了该本构的方程式:
可以看到该本构需要四个参数,C1,C2,C3,C4,其中可以看到其是应力,时间,温度的函数,没有应力强化项;同理,对于应力强化本构,没有时间强化项。其中,在形变速率与应力的关系中,其指数C2多在2~20之间,4较为常见;时间项指数C3,若C3为负数,则表示应变率随时间降低,反之则升高,对于第一阶段蠕变来说,显然应变率是降低的,应该取负值;C1的量纲可以根据其余几项反推出来。本文使用参数从论文中查的,取C1=0.54e-16,C2=4,C3=-0.6,C4=6000。
3.问题一
3.1问题
长100mm,高30mm的悬臂薄板,左边固定,上表面施加大小为200MPa的压力,分析1000h内在环境温度900℃下的蠕变效应。
3.2前处理部分(包括边界设置)
前处理部分比较简单,具体见后面命令流。下面直接给出处理后的结果:
整体有限元模型
3.3分析
首先,为了得到常外载边界,先在较小的时间步内求解初始载荷的应力场,并且不考虑蠕变效应。求解完成之后,再打开蠕变效应开关,设置时间与子步数,求解蠕变效应。这里注意的是,蠕变效应的收敛情况是和时间步长有关系的,特别是如果开始蠕变效应特别明显导致不收敛,建议缩小时间步长重新计算,这里建议时间步长为1(使用静态分析,瞬态分析的话建议关闭时间积分效应)。
3.4结果后处理
蠕变过程总位移云图(变形放大50倍)(gif)
蠕变过程米塞斯应力云图(gif)
根部米塞斯蠕变应变曲线
可以看到蠕变率逐渐升高但是蠕变速率逐渐降低,这符合第一阶段的特点。
下面是命令流部分:
4.问题二
继续之前螺栓预紧的部分向后进行,在hm中处理之后的有限元模型如下(模型略有改动):
整体有限元模型
简单回顾:其中两个被连接板端部固定,中间用一公称直径为10mm的螺栓连接。为了使螺栓的预紧力以位移形式锁定以便模拟模拟松弛现象,这里预紧力以相对位移的形式施加,施加预紧位移0.1mm。由于取一半模型分析,因此剖面施加对称约束(约束面外自由度),预紧力施加一半即可。
现在试对其进行后续蠕变分析,分析500h之内螺栓的应力分布变化以及螺栓中部的应力曲线。
为了使蠕变能快速进行,这里将C1取大一点,取为5.4e-8,同上分析,第一步关闭蠕变效应,在较短时间内进行预紧力分析,然后第二步打开蠕变效应,进行蠕变分析,设置求解时间500,子步数500,下面是求解结果:
施加完预紧力之后应力场分布
500h之后应力场分布
整体应力云图(蠕变过程)(gif)
螺栓中部米塞斯应力变化曲线(蠕变过程)
原文模型文件下载地址:http://pan.baidu.com/s/1bSlnaQ
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