搜索ANSYS中的塑性選項
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,在此主要介紹四種典型的材料選項可以通過激活一個數(shù)據(jù)表來選擇這些選項。
?經(jīng)典雙線性隨動強化 BKIN
?雙線性等向強化 BISO
?多線性隨動強化 MKIN
?多線性等向強化 MISO
經(jīng)典的雙線性隨動強化(BKIN)使用一個雙線性來表示應(yīng)力應(yīng)變曲線,所以有兩個斜率,彈性斜率和塑性斜率,由于隨動強化的Vonmises 屈服準 則被使用,所以包含有鮑辛格效應(yīng),此選項適用于遵守Von Mises 屈服準則,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不可以是負數(shù),也不能大于彈性模量
在使用經(jīng)典的雙線性隨動強化時,可以分下面三步來定義材料特性。
1、 定義彈性模量
2、 激活雙線性隨動強化選項
3、 使用數(shù)據(jù)表來定義非線性特性
雙線性等向強化(BIS0),也是使用雙線性來表示應(yīng)力-應(yīng)變曲線,在此選項中,等向強化的Von Mises 屈服準則被使用,這個選項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選項相同。
多線性隨動強化(MKIN)使用多線性來表示應(yīng)力-應(yīng)變曲線,模擬隨動強化效應(yīng),這個選項使用Von Mises 屈服準則,對使用雙線性選項(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應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)點(用數(shù)據(jù)表輸入),可以定義五條不同溫度下的曲線。在使用多線性隨動強化時,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,下面是一個用命令流定義多線性隨動強化的標準輸入。
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
多線性等向強化(MISO)使用多線性來表示使用Von Mises屈服準則的等向強化的應(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方面
?可用的ANSYS輸入
?ANSYS 輸量
?使用塑性的一些原則
?加強收斂性的方法
?查看塑性分析的結(jié)果
ANSYS 輸入:
當使用TB命令選擇塑性選項和輸入所需常數(shù)時,應(yīng)該考慮到:
?常數(shù)應(yīng)該是塑性選項所期望的形式, 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)該是真實應(yīng)力-真實應(yīng)變。
其它有用的載荷步選項:
?使用的子步數(shù)(使用的時間步長),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
?激活自動時間步長
?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,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,對每個節(jié)點都可以輸出下列量:
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)點的塑性輸出量實際上是離節(jié)點最近的那個積分點的值。
如果一個單元的所有積分點都是彈性的(EPEQ=0),那么節(jié)點的彈性應(yīng)變和應(yīng)力從積分點外插得到,如果任一積分點是塑性的(EPEQ>0),那么節(jié)點的彈性應(yīng)變和應(yīng)力實際上是積分點的值,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)該保證在一個時間步內(nèi),最大的塑性應(yīng)變增量小于5%,一般來說,如果Fy是系統(tǒng)剛開始屈服時的載荷,那么在塑性范圍內(nèi)的載荷增量應(yīng)近似為:
?0.05*Fy-對用面力或集中力加載的情況
?Fy-對用位移加載的情況
3、當模擬類似梁或殼的幾何體時,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單元。
4、除非那個區(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:
?單點加載或單點約束
?凹角
?模型之間采用單點連接
?單點耦合或接觸條件
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算時間:
?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)
加強收斂性的方法:
如果不收斂是由于數(shù)值計算導(dǎo)致的,可以采用下述方法來加強問題的收斂性:
1、使用小的時間步長
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,特別是當大變形或大應(yīng)變被激活時。
4、預(yù)測器選項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-拉普森選項轉(zhuǎn)換成修正的(MODI)或初始剛度(INIT)牛頓-拉普森選項,這兩個選項比全牛頓-拉普森選項更穩(wěn)定( 需要更的迭代),但這兩個選項僅在小撓度和小應(yīng)變塑性分析中有效。
查看結(jié)果
1、感興趣的輸出項(例如應(yīng)力,變形,支反力等等)對加載歷史的響應(yīng)應(yīng)該是光滑的,一個不光滑的曲線可能表明使用了太大的時間步長或太粗的網(wǎng)格。
2、每個時間步長內(nèi)的塑性應(yīng)變增量應(yīng)該小于5%,這個值在輸出文件中以“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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