搜索厚壁圓筒彈塑性分析
2016-12-21 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
材料彈塑性
大多數(shù)工程材料(如鋼材、鋼筋混凝土)在加載變形過(guò)程中都存在線彈性階段、屈服階段和強(qiáng)化階段(見(jiàn)下圖)。隨著載荷的增加,結(jié)構(gòu)上應(yīng)力大的點(diǎn)首先達(dá)到屈服強(qiáng)度,發(fā)生屈服而使結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)。這時(shí)雖然部分材料已進(jìn)入塑性狀態(tài),但相當(dāng)大部分仍處于彈性范圍,因而結(jié)構(gòu)仍可繼續(xù)承載,直至塑性部分進(jìn)一步擴(kuò)展而發(fā)生崩塌。
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例子
如圖所示鋼制厚壁圓筒,其內(nèi)徑r1=50mm,外徑r2=100mm,作用在內(nèi)孔上的自增強(qiáng)壓力p=375MPa,工作壓力p1=250MPa。材料屈服極限σ=500MPa。計(jì)算自增強(qiáng)處理后厚壁圓筒的承載能力。(參考文獻(xiàn):徐一凡.考慮材料強(qiáng)化效應(yīng)的自增強(qiáng)厚壁圓筒應(yīng)力分析[J].化工設(shè)備設(shè)計(jì).1991(4):8-12)
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理論解
根據(jù)彈塑性力學(xué)理論,由von Mises屈服條件,彈塑性區(qū)分界面半徑rc可由下式計(jì)算得到:
代入各參數(shù)得rc=0.08m
加載時(shí),厚壁圓筒應(yīng)力分布為:
將各參數(shù)代入上式,可得:
卸載后,厚壁圓筒內(nèi)殘余應(yīng)力分布為:
將各參數(shù)代入上式,可得:
加載和卸載時(shí),圓筒沿壁厚方向應(yīng)力分布如下:
ANSYS APDL分析
定義材料彈塑性,采用雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型。例子簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問(wèn)題,根據(jù)對(duì)稱性,取圓筒四分之一并施加垂直于對(duì)稱面的約束,指定載荷步數(shù)為3,分別模擬自增強(qiáng)、卸載和施加工作載荷三個(gè)過(guò)程。
計(jì)算得到自增強(qiáng)、卸載后的等效應(yīng)力云圖如下:
以內(nèi)外徑的壁厚為路徑提取應(yīng)力分布結(jié)果如下:
ANSYS Workbench分析
定義材料彈塑性,采用雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型。例子簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問(wèn)題,根據(jù)對(duì)稱性,取圓筒四分之一并施加垂直于對(duì)稱面的約束,指定載荷步數(shù)為3,分別模擬自增強(qiáng)、卸載和施加工作載荷三個(gè)過(guò)程。
計(jì)算得到自增強(qiáng)、卸載后的等效應(yīng)力云圖如下:
以內(nèi)外徑的壁厚為路徑提取應(yīng)力分布結(jié)果如下:
最后提取出不同載荷下等效應(yīng)力分布如下:
從圖中可以看出,當(dāng)厚壁圓筒承載工作載荷時(shí),內(nèi)壁處的總應(yīng)力有所下降,外壁處的總應(yīng)力有所上升,從而提高圓筒初始屈服壓力,更好地利用材料(了解壓力容器的讀者應(yīng)會(huì)知道,該現(xiàn)象稱為材料的自增強(qiáng)效應(yīng))。
結(jié)果對(duì)比
誤差范圍內(nèi),apdl和wb精度均滿足需求。
附錄(命令流)
/CLEAR
/PREP7
ET, 1, 183,,,2
MP, EX, 1, 2E11
MP, PRXY, 1,0 .3
TB, BKIN, 1, 1
TBTEMP, 0
TBDATA, 1, 500E6, 0
PCIRC, 0.1, 0.05, 0, 90
ESIZE, 0.003
MSHKEY, 1
MSHAPE, 0
AMESH, ALL
FINISH
/SOLU
DL, 4,,UY
DL, 2,,UX
AUTOTS, ON
DELTIM, 0.2, 0.1, 0.3
KBC, 0
TIME, 1
SFL, 3, PRES, 375E6
LSWRITE
TIME, 2
SFL, 3, PRES, 0
LSWRITE
TIME, 3
SFL, 3, PRES, 250E6
LSWRITE
LSSOLVE, 1, 3
FINISH
/POST1
RSYS, 1
SET, 1
PLNSOL, S, EQV
FINISH
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