Ansys塑性分析的使用

2013-08-14 by:广州有限元培训实践中心来源:仿真在线

Ansys塑性分析的使用

介绍在程序中怎样使用塑性,重点介绍以下几个方面
• 可用的ANSYS 输入
• ANSYS 输出量
• 使用塑性的一些原则
• 加强收敛性的方法
• 查看塑性分析的结果

ANSYS 输入:
当使用TB 命令选择塑性选项和输入所需常数时,应该考虑到:
• 常数应该是塑性选项所期望的形式, 例如,我们总是需要应力和总的应变,而不是应力与塑性应变。
• 如果还在进行大应变分析,应力-应变曲线数据应该是真实应力-真实应变。

对双线性选项(BKIN ,BISO),输入常数y σ 和T E 可以按下述方法来决定,如果材料没有明显的屈服应力y σ ,通常以产生0.2%的塑性应变所对应的应力作为屈服应力,而T E 可以通过在分析中所预期的应变范围内来拟合实验曲线得到。

其它有用的载荷步选项:
• 使用的子步数(使用的时间步长),既然塑性是一种与路径相关的非线性,因此需要使用许多载荷增量来加载
• 激活自动时间步长
• 如果在分析所经历的应变范围内,应力-应变曲线是光滑的,使用预测器选项,这能够极大的降低塑性分析中的总体迭代数。

输出量
    在塑性分析中,对每个节点都可以输出下列量:
EPPL-塑性应变分量
x
pl
ε
,
y
pl
ε 等等
EPEQ-累加的等效塑性应变
SEPL-根据输入的应力-应变曲线估算出的对于EPEQ 的等效应力
HPRES-静水压应力
PSV-塑性状态变量
PLWK-单位体积内累加的塑性功
    上面所列节点的塑性输出量实际上是离节点最近的那个积分点的值。
    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插得到,如果任一积分点是塑性的(EPEQ>0),那么节点的弹性应变和应力实际上是积分点的值,这是程序的缺省情况,但可以人为的改变它。

程序使用中的一些基本原则:
下面的这些原则应该有助于可执行一个精确的塑性分析
1、所需要的塑性材料常数必须能够足以描述所经历的应力或应变范围内的材料特性。
2、缓慢加载,应该保证在一个时间步内,最大的塑性应变增量小于5%,一般来说,如果Fy是系统刚开始屈服时的载荷,那么在塑性范围内的载荷增量应近似为:
• 0.05*Fy- 对用面力或集中力加载的情况
• Fy- 对用位移加载的情况
3、当模拟类似梁或壳的几何体时,必须有足够的网格密度,为了能够足够的模拟弯曲反应,在厚度方向必须至少有二个单元。

4、除非那个区域的单元足够大,应该避免应力奇异,由于建模而导致的应力奇异有:
•    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都保持在弹性区内,那么可以采用下列方法来降低计算时间:
•    在弹性区内仅仅使用线性材料特性( 不使用TB 命令)
•    在线性部分使用子结构

加强收敛性的方法:
如果不收敛是由于数值计算导致的,可以采用下述方法来加强问题的收敛性:
1 、使用小的时间步长
2、如果自适应下降因子是关闭的,打开它,相反,如果它是打开的 ,且割线刚度正在被连续地使用,那么关闭它。
3、使用线性搜索,特别是当大变形或大应变被激活时
4、预测器选项有助于加速缓慢收敛的问题,但也可能使其它的问题变得不稳定。
5 、可以将缺省的牛顿-拉普森选项转换成修正的(MODI)或初始刚度(INIT)牛顿-拉普森选项,这两个选项比全牛顿-拉普森选项更稳定( 需要更的迭代),但这两个选项仅在小挠度和小应变塑性分析中有效。

查看结果
1、感兴趣的输出项(例如应力,变形,支反力等等)对加载历史的响应应该是光滑的,一个不光滑的曲线可能表明使用了太大的时间步长或太粗的网格。
2、每个时间步长内的塑性应变增量应该小于5 %,这个值在输出文件中以“Max plastic Strain Step”输出,也可以使用 POST26 来显示这个值(Main Menu:Time Hist Postpro Define Variables )。
3、塑性应变等值线应该是光滑的,通过任一单元的梯度不应该太大。
4、画出某点的应力—应变图,应力是指输出量S EQV(Mises 等效应力),总应变由累加的塑性应变EPEQ 和弹性应变得来。

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