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2017-03-18 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
4.2.1.3 強化準則
強化準則描述了初始屈服準則隨著塑性應變的增加是怎樣發(fā)展的。
一般來說,屈服面的變化是以前應變歷史的函數(shù),在ANSYS程序中,使用了三種強化準則:
等向強化是指屈服面以材料中所作塑性功的大小為基礎在尺寸上擴張。對Mises屈服準則來說,屈服面在所有方向均勻擴張。見圖4-6。
圖4-6 等向強化時的屈服面變化圖
由于等向強化,在受壓方向的屈服應力等于受拉過程中所達到的最高應力。
隨動強化假定屈服面的大小保持不變而僅在屈服的方向上移動,當某個方向的屈服應力升高時,其相反方向的屈服應力應該降低。見圖4-7。
圖4-7 隨動強化時的屈服面變化圖
在隨動強化中,由于拉伸方向屈服應力的增加導致壓縮方向屈服應力的降低,所以在對應的兩個屈服應力之間總存一個
混合強化是等向強化和隨動強化的結合,屈服面不僅在大小上擴張,而且還在屈服的方向上移動。見圖4-8。
圖4-8 混合強化時的屈服面變化圖
4.2.2 塑性材料選項
一些選項可用于描述塑性行為。用戶也可以應用Ansys可編程特性在程序中加入其他特性。參見《ANSYS Guide to User Programmable Features》。
1、雙線性隨動強化(BKIN)選項
該選項假設總應力范圍等于屈服應力的二倍,以包括包辛格效應(見圖4-10)。對于服從Von Misses屈服準則的一般小應變分析,建議用這一選項。不應該應用于大應變分析。用戶可以用BKIN和HILL選項組合來模擬各向異性隨動強化塑性。應力-應變-溫度數(shù)據(jù)的示例如下。圖4-9說明了這種材料選項的典型顯示[TBPLOT]。
MPTEMP,1,0,500 ! Define temperatures for Young"s modulus
MP,EX,1,12E6,-8E3 ! C0 and C1 terms for Young"s modulus
TB,BKIN,1,2 ! Activate a data table
TBTEMP,0.0 ! Temperature = 0.0
TBDATA,1,44E3,1.2E6 ! Yield = 44,000; Tangent modulus = 1.2E6
TBTEMP,500 ! Temperature = 500
TBDATA,1,29.33E3,0.8E6 ! Yield = 29,330; Tangent modulus = 0.8E6
TBLIST,BKIN,1 ! List the data table
/XRANGE,0,0.01 ! X-axis of TBPLOT to extend from varepsilon=0 to 0.01
TBPLOT,BKIN,1 ! Display the data table
上面的命令MPTEMP,MP,TB,TBTEMP,TBDATA,TBLIST,/XRANGE和TBPLOT參見《ANSYS Commands Reference》。
圖4-9 (a)雙線性隨動強化;(b)多線性隨動強化
圖4-10 包辛格效應
2、多線性隨動強化(KINH 和 MKIN)選項
這一選項應用Besseling模型,也稱為子層或覆蓋模型,以包括包辛格效應。KINH要比MKIN更好,因為前者允許用戶定義更多的應力-應變曲線(40:5),并且每條曲線上允許定義更多的點(20:5)。對于這二個選項,如果用戶定義了多于一條應力-應變曲線(對于溫度相關特性),則每條曲線應包含相同數(shù)目的點。其假設是,在不同應力-應變曲線上的相應點,代表一個特定的子層的溫度相關屈服行為。這兩個選項不建議用于大應變分析。圖4-9也說明了典型的應力-應變曲線(MKIN)。應用KINH選項的典型應力-應變溫度數(shù)據(jù)如下:
TB,KINH,1,2,3 ! Activate a data table
TBTEMP,20.0 ! Temperature = 20.0
TBPT,,0.001,1.0 ! Stress = 0.001, Strain = 1.0
TBPT,,0.1012,1.2 ! Stress = 0.1012, Strain = 1.2
TBPT,,0.2013,1.3 ! Stress = 0.2013, Strain = 1.3
TBTEMP,40.0 ! Temperature = 40.0
TBPT,,0.008,0.9 ! Stress = 0.008, Strain = 0.9
TBPT,,0.09088,1.0 ! Stress = 0.09088, Strain = 1.0
TBPT,,0.12926,1.05 ! Stress = 0.12926, Strain = 1.05
在上面這個例子中,一條曲線的第3點定義第3子層的溫度相關屈服行為。
應用MKIN選項的典型應力-應變溫度數(shù)據(jù)如下:
MPTEMP,1,0,500 ! Define temperature-dependent EX,
MP,EX,1,12E6,-8E3 ! as in BKIN example
TB,MKIN,1,2 ! Activate a data table
TBTEMP,,STRAIN ! Next TBDATA values are strains
TBDATA,1,3.67E-3,5E-3,7E-3,10E-3,15E-3 ! Strains for all temps
TBTEMP,0.0 ! Temperature = 0.0
TBDATA,1,44E3,50E3,55E3,60E3,65E3 ! Stresses at temperature = 0.0
TBTEMP,500 ! Temperature = 500
TBDATA,1,29.33E3,37E3,40.3E3,43.7E3,47E3 ! Stresses at temperature = 500
/XRANGE,0,0.02
TBPLOT,MKIN,1
有關的命令MPTEMP,MP,TB,TBPT,TBTEMP,TBDATA,/XRANGE和TBPLOT,參見《ANSYS Commands Reference》。
3、非線性隨動強化(CHABOCHE)選項
這一選項應用Chaboche模型,這種模型是多分量非線性隨動強化模型,允許用戶迭加幾種隨動強化模型。見《ANSYS Theory Reference》。象BKIN和MKIN選項一樣,用戶可應用CHABOCHE選項來模擬單調(diào)強化和包辛格效應。這個選項還允許用戶模擬材料的棘輪和調(diào)整(Shakedown)效應。把CHABOCHE選項與各向同性硬化模型選項BISO、MISO、NLISO組合起來,可以進一步模擬周期強化或軟化。這種模型有1+2n個常數(shù)(其中n為隨動強化模型數(shù)目),用TB命令的NPTS定義。見《ANSYS Theory Reference》。用戶應用TBTEMP和TBDATA命令定義材料常數(shù)。這種模型適合于大應變分析。
下面是溫度不相關及一個隨動強化模型的典型數(shù)據(jù):
TB,CHABOCHE,1 ! Activate CHABOCHE data table
TBDATA,1,C1,C2,C3 ! Values for constants C1, C2, and C3
而下例則說明溫度相關常數(shù)及2個隨動強化模型(在2個溫度點)的典型數(shù)據(jù)表:
TB,CHABOCHE,1,2,2 ! Activate CHABOCHE data table
TBTEMP,100 ! Define first temperature
TBDATA,1,C11,C12,C13,C14,C15 ! Values for constants C11, C12, C13,
! C14, and C15 at first temperature
TBTEMP,200 ! Define second temperature
TBDATA,1,C21,C22,C23,C24,C25 ! Values for constants C21, C22, C23,
! C24, and C25 at second temperature
有關命令TB,TBTEMP,TBDATA參見《ANSYS Commands Reference》。
4、雙線性各向同性強化(BISO)選項
這一選項與多線性各向同性強化MISO選項相似,只是用雙線性曲線代替多線性曲線。其輸入類似于雙線性隨動強化選項,只是現(xiàn)在TB命令要應用BISO標號。這一選項通常對大應變分析較佳。用戶可以把這一選項與非線性隨動強化(CHABOUCHE)選項組合,以定義材料的各向同性強化行為。用戶也可以把這一選項與HILL選項組合來模擬各向異性塑性及各向同性強化,或與RATE選項組合以模擬率相關粘塑性。
5、多線性各向同性強化(MISO)選項
這一選項應用von Mises屈服準則以及各向同性工作強化的假定。這個選項不建議用于周期荷載或高度非比例歷史荷載的小應變分析。但可應用于大應變分析。MISO選項可包括20個不同溫度曲線,每條曲線可以有最多100個不同的應力-應變點。在各條曲線上,應變點可以不同。用戶可以把這個選項與非線性隨動強化(CHABOCHE)選項組合,以模擬周期強化或弱化。用戶還可以把MISO選項與HILL選項組合來模擬各異性塑性及各向同性強化,以及與RATE選項組合用以模擬率相關粘塑性。在MKIN選項的示例中的應力-應變-溫度曲線可以作為多線性各向同性強化材料的輸入,如下:
MPTEMP,1,0,500 ! Define temperature-dependent EX,
MP,EX,1,12E6,-8E3 ! as in above example
TB,MISO,1,2,5 ! Activate a data table
TBTEMP,0.0 ! Temperature = 0.0
TBPT,DEFI,3.67E-3,29.33E3 ! Strain, stress at temperature = 0
TBPT,DEFI,5E-3,50E3
TBPT,DEFI,7E-3,55E3
TBPT,DEFI,10E-3,60E3
TBPT,DEFI,15E-3,65E3
TBTEMP,500 ! Temperature = 500
TBPT,DEFI,3.67E-3,29.33E3 ! Strain, stress at temperature = 500
TBPT,DEFI,5E-3,37E3
TBPT,DEFI,7E-3,40.3E3
TBPT,DEFI,10E-3,43.7E3
TBPT,DEFI,15E-3,47E3
/XRANGE,0,0.02
TBPLOT,MISO,1
有關命令MPTEMP、MP、TB、TBTEMP、TBPT、/XRANGE和TBPLOT見《ANSYS Commands Reference》。
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