模擬單向壓縮試驗,材料在壓縮過程中,發生了塑性變形。現在已知其變形過程中真實應力與塑性應變曲線,要用軟件復現此過程。

已知:圓柱試樣直徑為30mm,高50mm。壓頭將其壓縮20mm。

材料的彈性模量為210e3MPa,泊松比為0.3,

材料的真實應力-塑性應變列表如下

• 分析類型:因為是緩慢加載的,使用靜力學分析。由于是接觸問題,為了保證收斂,使用兩個分析步,第一個分析步稍微有接觸,第二個分析步則壓縮20mm

• 幾何模型:由于是軸對稱,使用軸對稱類型。對式樣使用變形體,對壓頭使用解析剛體;創建時使得壓頭和式樣距離5mm。

• 材料模型:彈塑性材料,按照給定的數據分別輸入彈性數據和塑性數據表格。

• 交互作用:壓頭和試件之間使用無摩擦接觸。

• 邊界條件:試件底邊沒有豎直位移;壓頭分兩次下移,第一次是-5.001mm,第二次達到-25mm

1. 創建部件

創建兩個部件

均為軸對稱,前一個是變形體

后一個是壓頭,剛體,并在其中點創建參考點。

2. 創建材料和截面屬性

創建材料,其彈性屬性

塑性屬性

創建均值實體截面,并與上述材料屬性關聯

將上述截面屬性賦予給式樣。

3. 創建裝配

將上述二部件裝配在一起

4. 設置分析步

除了系統默認的分析步外,設置兩個分析步

兩個分析步都打開大變形開關,其中第二個分析步設置時間增量如下

即大致希望對于該分析步設置20個載荷子步。

5. 定義接觸

首先定義無摩擦的接觸

然后選取直線的下方,試件的上面直線作為接觸面,并引用上述接觸屬性創建無摩擦的接觸

6. 定義邊界條件

定義兩個邊界條件

第一個是式樣的底面沒有豎直位移

結果如下

第二個邊界條件是壓頭的位移,加在參考點上。

第一次為-5.001mm

第二次為-25mm

7. 劃分網格

設置1.5mm的單元尺寸,選擇CAX4I作為單元,劃分式樣,結果如下

8. 創建并提交作業

9. 后處理

查看壓頭下壓過程中式樣的米塞斯應力

初始狀態

第一步接觸

下壓第一步,相當于是20/20=1mm

繼續下壓到10mm

下壓到20mm,應力是927.2MPa

此時的塑性應變0.506

該塑性應變在(0.45,0.55)之間,而對應的應力應該在(921,932)之間。

使用線性插值,可以知道

當塑性應變是0.506時,應力應該是927Mpa

而上述的應力正好是這么多。

這說明參數設置時正確的。

1. 單元類型

單元選擇182單元,并設置為軸對稱約束。

2.材料模型

設置材料的彈性屬性,如下圖所示:

再設置材料的塑性模型,如下圖所示:

3.創建幾何模型

創建一個矩形面和一條線,顯示的線體模型如下圖所示:

4.劃分網格

劃分矩形面單元,單元尺寸設置為1.5mm,使用自由網格劃分方式

5.創建接觸

壓頭為剛性體,使用剛柔接觸,其中剛性體選擇上面的線,剛性體的控制點可以選擇在幾何體的質量中心;柔性體選擇矩形的兩側面的線和上面的線,其余保持默認,創建完成之后,注意接觸面的法線方向。

6.邊界條件

約束固定底邊;壓頭的控制點在第一個載荷步施加一個UY方向的的位移,值為-5.001mm,并且寫出為第一個載荷步1,如下圖所示:

壓頭控制點在第二個載荷步施加一個UY方向的位移,值為-25mm,并且寫出為第二個載荷2,如下圖所示:

7.求解設置

打開大變形開關,其余保持默認設置;求解方式為基于載荷步求解,如下圖所示:

8.查看后處理

查看等效應變,最大值為0.505889

查看等效應力,最大值為927.148MPa

該塑性應變在(0.45,0.55)之間,而對應的應力應該在(921,932)之間。

使用線性插值,可以知道

當塑性應變是0.506時,應力應該是927Mpa

而上述的應力正好是這么多。

這說明參數設置時正確的。

分別通過ABAQUS與ANSYS對單向壓縮過程進行模擬,得出以下結論:

(1)從有限元模型建立方面來說,二者建模的方式基本一致,且都用兩個載荷步才易于收斂;

(2)從計算結果方面來說,二者計算的結果基本一致,且與輸入材料的應力應變參數想對應。

轉自微型公眾號: ANSYS學習與應用