发布时间 : 星期一 文章第17章 塑性分析实例更新完毕开始阅读6028bf7902768e9951e73835
第17章 塑性分析实例
在这个实例分析中，我们将进行一个圆盘在周期载荷作用下的塑性分析。本实例中将涉及到如何定义材料的强化准则，如何将一组节点定义为一个自由度耦合集，以及如何在后处理中对定义的变量进行运算。
17.1 问题描述
在本实例中一个周边简支的圆盘，在其中心受到一个冲杆的周期作用，假定冲杆是刚性的。需要进行圆盘在冲杆的周期作用下的塑性分析。本实例的模型简图如图17.1所示，材料特性如下所示，塑性时的应力－应变关系如表17.1，载荷历史如表17.2所示。
弹性模量：EX=70000，泊松比：NUXY=0.325 表17.1 材料塑性时的应力—应变关系表： 应力 应变 55 0.0007857 112 0.00575 172 0.02925 241 0.1
表17.2 加载历史 时间 载荷 0 0 1 -6000 2 750 3 -6000 F 10 6.5 130 图17.1 模型简图
因为假定冲击杆是刚性的，所以在建模时不考虑冲杆，而将圆盘和冲杆接触的结点的Y方向上的位移耦合起来。另外，由于模型和载荷都是轴对称的，满足轴对称分析的条件，因此本实例将用轴对称模型来进行计算，这样可以减少工作量并可节约计算资源。
17.2 建立有限元模型
在ANSYS6.1中，首先我们通过完成如下工作来建立本实例的有限元模型，需要完成的工作有：指定分析标题，定义单元类型，定义材料性能，建立有限元模型等。由于本实例是塑性分析，所以还需要定义强化准则。下面将详细讲解分析过程。
17.2.1设置分析标题
本实例为进行如图17.1所示的一个圆盘在周期载荷作用下的塑性分析，属于非线性结构分析范畴。跟前面实例一样，为了在后面进行菜单方式操作时的方便，需要在开始分析时就指定本实例分析范畴为“Structural”。为了数据的存档和以后分析的方便必须养成给分析的问题加标题的习惯。本实例的标题可以命名为：“Circular Plate Loaded by a Circular Punch - Kinematic Hardening”，具体的操作过程如下：
1．选取菜单路径Utility Menu >File >Change Jobname，将弹出修改文件名(Change Jobname)对话框，如图17.2所示。在输入新文件名(Enter new jobname)文本框中输入文字“CH17”，为本分析实例的数据库文件名。并单击新的日志和错误文件(New log and error files)单选框，使其变为“Yes”，为本实例的分析过程创建新的日志。单击按钮关闭对话框，完成文件名的修改。
图17.2 修改文件名(Change Jobname)对话框
2．选取菜单路径Utility Menu >File >Change Title，将弹出修改标题(Change Title)对话框，如图17.3所示。在输入新标题(Enter new title)文本框中输入文字“Circular Plate Loaded by a Circular Punch - Kinematic Hardening”，为本分析实例的标题名。单击按钮，完成对标题名的指定。
图17.3 修改标题(Change Title)对话框
3．选取菜单路径Utility Menu >Plot >Replot，指定的标题“Circular Plate Loaded by a Circular Punch - Kinematic Hardening”将显示在图形窗口的左下角(图略)。
4．选取菜单路径Main Menu >Preference，将弹出菜单过滤参数选择(Preference of GUI Filtering)对话框。单击Structual(结构)选项使之被选中，以将菜单设置为与结构分析相关的选项。单击按钮关闭，完成分析范畴的指定。
17.2.2定义参数
通常在进行有限元建模时会遇到这样的情况，某几个几何或物理参数的值是相同的，或它们之间有一定的数学关系。这时要是能象在数学运算中一样将其中一个或几个定义成参数，其它的值都通过定义的这些参数进行一定的数学运算而得到，那么在建模是就不需要老是输入一大堆数据，只需输入该参数就行。这样对于某些模型的建立可以大大降低重复工作。ANSYS6.1中提供了类似的工具，即可以定义一些参数，然后在建模和分析是直接引用参数，而不需去填写一大堆数据(在第16章实例中进行通用后处理操作时已用到)。本实例中我们将利用这一工具来建模，使读者可以学习如何用参数来简化工作。下面先定义需要的参数。
1．选取菜单路径Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters，将弹出定义参数(Scalar Parameters )对话框，如图17.4所示。
17.4 定义参数(Scalar Parameters )对话框
2．在对话框中的选择(Selection)文本框中依次输入有关分析的参数和对应的数值，在每输入完一组参数之后，单击按钮，确认该参数的定义并将其添加到上面的参数列表框中。例如：首先输入弹性模量“EXX＝70000”，单击按钮，参数“EXX＝70000”将会被添加到上面的列表框中。接着输入下一组参数，重复以上过程可以定义所有需要的参数。在本实例中共输入以下参数：
弹性模量EXX=70000 圆盘的半径RPL=65 冲击杆的半径RPU=5 圆盘的厚度H=6.5
以下为应力－应变：
STS1=55
STN1=STS1/EXX(ANSYS的求解结果为7.857142857E-04)
STS2=112
STN2= 0.00575 STS3=172
STN3= 0.02925 STS4=241 STN4=0.1)
沿着圆盘半径的单元数NEX=15 沿着圆盘厚度的单元数NET=2
线L1的单元数NEX1=nint(0.8*NET)( ANSYS的求解结果为2) 线L2的单元数NEX2=NEX-NEX1( ANSYS的求解结果为13) 3．当定义完所有的参数后，单击对话框中的按钮，关闭对话框。单击ANSYS6.1工具条(ANSYS Toolbar)上的按钮，保存数据库文件。
17.2.3定以单元类型
由于本实例分析的是一个圆盘在周期载荷作用下的塑性分析，由于模型结构和所施加载荷都是轴对称的，所以将采用轴对称分析本实例。这里将定义平面4节点的轴对称单元，下面为定义单元类型的具体操作过程。
1．选取菜单路径Main Menu >Preprocessor >Element Type >Add/Edit/Delete，将弹出单元类型 (Element Types)对话框。单击对话框中的按钮，将弹出单元类型库(Library of Element Types)对话框,如图17.5所示。
图17.5 单元类型库(Library of Element Types)对话框
2．在单元类型库对话框中，靠近左边的列表中，单击“Structural Solid”一次，使其高亮度显示，指定添加的单元类型为结构实体单元。然后，在靠近右边的列表中，单击“Quad 4node 42”一次，选定单元类型Plane 42 为第一类单元。单击对话框中的按钮，关闭Library of Element Types 对话框。将重新弹出单元类型 (Element Types)对话框，且在对话框中的单元列表框中列出了定义的单元类型1：PLANE42，如图17.6所示。