毕业设计（论文）-金属材料缺口试样拉伸性能的有限元分析.pdf

诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导 下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中 列出。 本人签名：年月日 毕业设计任务书毕业设计任务书 设计题目：金属材料缺口试样拉伸性能的有限元分析 系部：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化学号：1120111 09 学生：李江浩指导教师（含职称） ： 娄菊红（副教授） 1课题意义及目标 学生运用所学过的材料力学、 材料力学性能等专业知识， 了解金属材料在单向拉 伸及其它载荷下的力学性能；熟悉金属材料的断裂类型及断裂机制；理解缺口效应； 学会使用 ANSYS 软件。通过毕业设计加强学生对力学性能指标意义的理解，为今后材 料设计和选择打下良好基础。 2主要任务 （1）进行韧性及脆性材料光滑试样拉伸性能有限元模拟。 （2）进行韧性及脆性材料缺口试样拉伸性能有限元模拟。 （3）分析金属拉伸试样断裂过程。 （4）根据模拟结果，分析缺口效应。 （5）撰写毕业论文。结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点 符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。 3主要参考资料 1 李红英. 金属拉伸试样的断口分析J. 山西大同大学学报， 2011：（1） :76-79. 2 缪建红，丁锦坤. 金属拉伸试样断口分析方法J. 物理测试，2000， （03） ： 35-41. 3 张文泉，王俊英，张学昆. 属材料拉伸试验的缺口效应J. 理化检验-物理 分册，2008，44（10）:533-535. 4 束德林.工程材料力学性能M. 北京，机械工业出版社，2007：1-93 4进度安排 设计各阶段名称起止日期 1查阅文献，了解研究目的意义，制定方案3 月 3 日3 月 23 日 2学习软件，完成光滑试样拉伸模拟3 月 24 日4 月 13 日 3完成缺口试样拉伸性能模拟4 月 14 日5 月 4 日 4 进行结果分析 5 月 5 日6 月 1 日 5完成撰写及答辩工作6 月 2 日6 月 22 日 审核人：审核人：田静2014年12月15日 太原工业学院毕业设计 I 金属材料缺口试样拉伸性能的有限元分析金属材料缺口试样拉伸性能的有限元分析 摘 要摘 要：本文对两种材料、有无缺口的薄板试样进行拉伸性能的有限元分析，通过有 限元模拟得到试样变形图、试样应力云图和三向应力表。 对不同的试样进行宏观力学 的研究，可以得出，当试样尺寸和外加载荷一定时，脆性材料比韧性材料变形、正应 力和应变更大，材料所能承受的力更小，更容易断裂。当外加载荷和材料一定时，缺 口材料比光滑材料更容易断裂，缺口前端的变形、正应力和应变更大。当试样尺寸和 材料一定时， 缺口前端的变形、 正应力和应变随着外加载荷的增加而增加， 直到断裂。 材料断裂时先经过弹性变形，然后屈服变形，当超过材料抗拉强度时发生断裂。 关键字关键字：纯铜 T1，球墨铸铁 QT900-2，缺口，有限元，拉伸 Finite element analysis of tensile properties of notchedFinite element analysis of tensile properties of notched specimens of metallic materialsspecimens of metallic materials Abstract:Abstract: This paper makes a finite element analysis of two kinds of materials, sheet specimen which has gaps or not. The macroscopic mechanics research for different samples stress is conducted by finite element simulation to obtain sample deformation pattern, sample stress nephogram and three directions stress tables. It can be concluded that when the sample size and loads is confirmed, brittle materials deformation, normal stress and strain is larger than ductile material, and the material can withstand little, easier to rupture. When loads and material are conformed, gap materials are easier than smooth material in fracturing, and gap front-end deformation, normal stress and strain is larger. When the sample size and material is conformed, the front-gap of deformation, normal stress and strain increase with the increase of loads and it even breaks. When the material fractures firstly after elastic deformation fractures, then the yield deformation goes on. When the material strength is exceeded, more material fractures. Key wordsKey words: pure copper T1,nodular cast iron QT900-2,gap,finite element,stretching 太原工业学院毕业设计 II 目录目录 1绪论1 1.1研究的目的和意义1 1.2国内外研究进展2 1.3本文主要研究内容及手段3 2有限元计算4 2.1计算目的及意义4 2.2有限元模拟试样4 2.2.1实验材料4 2.2.2材料化学成分及力学性能4 2.2.3材料的强化处理及实体图形5 2.3有限元模拟几何尺寸及几何形状6 2.3.1光滑材料的几何形状及尺寸6 2.3.2缺口材料几何形状及尺寸6 2.4计算模型及方法7 3结果与讨论14 3.1材料变形前后对比14 3.1.1光滑韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析14 3.1.2光滑脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸性能的有限元分析15 3.1.3缺口韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析16 3.1.4缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸的有限元分析18 3.2材料变形应力云图19 3.2.1光滑韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析20 3.2.2光滑脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸性能的有限元分析21 3.2.3缺口韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析23 3.2.3缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸性能的有限元分析24 3.3三向应力表26 3.3.1光滑韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析26 3.3.2光滑脆性材料（球墨铸铁 QT900-2）的有限元分析.27 太原工业学院毕业设计 III 3.3.3缺口韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析28 3.3.4缺口韧性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸性能的有限元分析29 4全文总结31 4.1主要的工作31 4.2主要的结论31 4.3展望31 参考文献32 致谢34 太原工业学院毕业设计 1 1绪论绪论 1.1研究的目的和意义研究的目的和意义 现今社会随着科技的发展,高性能金属材料随处可见，已经是工业应用中最基础 的材料，用量最大,更是设备制造和工业设施的基础。由于缺口对材料性能有重要影 响，所以为了保证材料一定的力学性能及以后的发展，对研究材料变形、损伤和发生 断裂破坏的规律都有重要意义。 缺口材料分为脆性材料和韧性材料。一般以拉伸试样的断面伸长率为划分标准， 大于 5%为韧性材料，小于 5%为脆性材料。 金属缺口是一种常见现象，实际上缺口的形成在材料的制造、加工过程中已经形 成， 这些微裂纹的聚合与长大造成了宏观缺口的形成与发展。 缺口破坏了金属的组织， 使材料强度减低。由于缺口的存在，改变了金属的应力分布状况，使裂纹直接在缺口 或缺口附近产生 1。同时缺口会造成应力应变集中，改变缺口前方的应力状况，使应 力由原来的单向拉伸变为两向或三向拉伸，造成缺口强化现象 2。 断裂是材料在拉应力的作用下，由于原子间结合键遭到破坏，严格的沿一定的结 晶面劈开造成的。金属材料的断裂形式有疲劳断裂，蠕变断裂，应力腐蚀，疲劳腐蚀 断裂等。断裂类型有脆性断裂，韧性断裂。断口分析是金属材料断裂失效分析的重要 方法，记录了断裂产生原因，扩散的途径，扩散过程及影响裂纹扩散的各内外因素。 所以通过断口分析可以找出断裂的原因及其影响因素，为改进构件设计、提高材料性 能、改善制作工艺提供依据。 金属拉伸在整个试验过程中的变形可以分为四个部分：塑性变形，屈服变形，均 匀塑性变形， 缩颈产生 3。 本论文主要通过 ANSYS 软件来模拟金属拉伸的过程， ANSYS 软件一种是融力学、结构、热、流体、电磁、声学多物理场于一体的大型通用有限元 分析软件，由世界上著名的有限元分析软件公司美国 ANSYS 公司开发 5。 对于材料而言，主要用途是保证其制成的构件在一定的条件和期限内不发生失 效。 因此对于研究金属缺口材料拉伸性能的研究不仅让我了解了金属材料在单向拉伸 及其载荷下的力学性能，熟悉了金属材料的断裂类型及断裂机制，理解了缺口效应， 学会了使用 ANSYS 软件，为今后在工作中材料设计和选择打下了良好基础。最重要的 是为中国现今材料的发展有重要的实际意义。 太原工业学院毕业设计 2 1.2国内外研究进展国内外研究进展 目前在国内研究金属材料拉伸性能的方法主要有实验法和计算法，ANSYS 有限 元模拟分析法近年来才出现。 在 1981 年，长行安，胡元凯，朱广福等人通过实验法研究了金属缺口拉伸持久 试样应力集中系数。主要研究“应力集中系数”K,表示了不同的材料对同样的缺口或 同样材料对不同缺口,其应力集中敏感程度是不同的。材料对缺口应力集中敏感度的 差异,将影响材料的使用和发挥其最大的效能。 所以在零件设计中,只有材料光滑试样 的强度、塑性指标是不够的,还需有带缺口的试样在应力集中状态下的强度和塑性的 指标 6。为以后零件设计做出很大贡献。 随后赵康，鄢君辉，郑修麟通过实验法研究了球墨铸铁拉伸缺口强度。主要阐述 了机械零件中常存在沟槽、台阶、定位孔等，这种几何不连续性将造成应力集中。这 样就会引起应力集中，改变缺口根部的应力状态，引起强度和延性的降低。通过脆性 灰铸铁的缺口强度的研究结果，为以后球墨铸铁的强度设计提出了设计准则，同时对 低延性材料的缺口强度设计提出理论指导 7。 在 2007 年，杨莉华，孙东明等应用有限元软件对直杆拉伸变形进行了研究分析。 杨莉华，孙东明借助于 ANSYS 有限元分析软件,将拉杆的变形特征以图形的形式反 映出来,清晰地表达出材料应力与应变之间的数字对应关系。而实验法数据处理较繁 琐,试验机也只能绘制出曲线的基本形状,无法准确描绘各个点应力应变具体的数字 对应关系。通过对两种方法结果的比较验证了用软件分析的可行性,该方法是对常规 教学方式的改进,丰富了这部分的教学内容，更加完善了材料力学的分析手段 8。 国外对金属材料拉伸研究更加成熟， 早在上世纪便投入大量的人力研究金属的拉 伸性能。与国内相比较而言,近 15 年来国外则是 CAE 商品化的发展阶段,有限元研方 法究拉伸问题已经趋于成熟，使许多企业对于金属材料缺口拉伸性能有全面的了解, 并攻克了许多这方面的问题,使这方面的问题趋于成熟。 Zhen 和 A.B.Kang 通过缺口拉伸实验， 用透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察 研究了在不同条件下合金的变形及断裂行为。结果表明由于缺口存在造成应力集中， 通过颗粒与界面应力导致合金的断裂与破坏 9。 M.Bourgeois 和 X。 Feaugas 发现了钛铝材料中缺口形成发生在夹杂物和他们的附 近， 通过金属缺口拉伸实验和有限元分析验证了孔洞的生长模型，为以后缺口的研究 太原工业学院毕业设计 3 提供有力依据 10。 后来如 A.P.Amosov 和 A.F.Fedotov 等都应用 ANSYS 对金属拉伸性能进行了有 限元模拟研究。 1.3本文主要研究内容及手段本文主要研究内容及手段 1） 进行韧性及脆性材料光滑试样拉伸性能有限元模拟。主要通过 ANSYS 软件建模 分析光滑韧性及脆性材料拉伸性能，模拟其变形过程。 2） 进行韧性及脆性材料缺口试样拉伸性能有限元模拟。 通过 ANSYS 软件建模分析 缺口韧性及脆性材料拉伸性能，模拟其变形过程。 3）分析金属拉伸试样断裂过程。通过有限元后处理器来观看他的变形断裂过程。 4） 根据模拟结果， 分析缺口效应。 在有限元后处理器中观看结果图分析缺口效应。 太原工业学院毕业设计 4 2有限元计算有限元计算 2.1计算目的及意义计算目的及意义 有限元是将一个物理实体模型离散成一组有限的相互连接的单元组合体，该方 法在考虑物体内部存在缺陷时间，单元边界与几何界面一致，会造成局部网格加密， 其余区域稀疏的非均匀网格分布， 在网格单元中最小的尺寸会增加计算成本，再者裂 纹的扩展路径必须预先给定，只能沿着单元边界发展，因此有限元计算有很好的精度 和可靠性,用 ANSYS 有限元软件模拟计算不仅能节约材料， 同时也能保证结果的精度。 本论文用有限元软件进行拉伸模拟，对材料拉伸变形的过程进行了深入分析。 2.2有限元模拟试样有限元模拟试样 2.2.1实验材料实验材料 本研究实验材料为一种纯铜T1和球墨铸铁QT900-2。 纯铜T1是含碳量小于0.02% 的铁合金，又称熟铁。有良好的导电，导热，耐腐蚀和加工性能，可以焊接和纤焊。 含降低导电，导热性的杂质较少，微量的氧对导电，导热和加工等性能影响不大，但 易引起“氢病” ，不宜在高温（如370）还原性气氛中加工（退火.焊接等）和使用， 是一种韧性材料。 球墨铸铁 QT900-2 球墨铸铁是 20 世纪五十年一种高强度铸铁材料， 其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强 度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十 分广泛的铸铁材料，它是一种脆性材料。 2.2.2材料化学成分及力学性能材料化学成分及力学性能 （1） 纯铜 T1 的化学成分如表 2.1 所示，力学性能如表 2.2 所示。 表 2.1 纯铜 T1 的化学成分 材料Cu+AgFeSAsSbNiZnBi杂质总和 纯铜T1 99.95 0.00 5 0.00 5 0.00 2 0.0020.0030.00 5 0.00 2 0.05 太原工业学院毕业设计 5 表 2.2 纯铜 T1 的力学性能 杨氏模量/MPa泊松比抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率 1191370.37268.743317810% （2） 球墨铸铁 QT900-2 的化学成分如表 2.3 所示，力学性能如表 2.4 所示。 表 2.3 球墨铸铁 QT900-2 化学成分 材料CSiMnPSCuMoMg 纯铜 T13.52.80.500.0280.0250.50.150.05 表 2.4 球墨铸铁 QT900-2 的力学性能 杨氏模量/MPa泊松比抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率 1400000.39006002% 2.2.3材料的强化处理及实体图形材料的强化处理及实体图形 T1：可以通过冷作硬化的方式强化材料，经 500-700 摄氏度再结晶软化退火，保 温后迅速水冷。纯铜 T1 实物如图 2.1。 QT900-2：首先材料退火处理，加热到 500 摄氏度保温处理，可以消除铸造应力， 得到高塑形铁素体，改善加工性。然后低温正火加热至 840 摄氏度保温，得到珠光体 +铁素体。最后调制处理加热到 900 摄氏度，保温后油冷，在 600 摄氏度回火 5 小时， 获得回火索氏体和球状石墨组织。球墨铸铁 QT900-2 实物如图 2.2。 图 2.1 纯铜 T1 的实物 太原工业学院毕业设计 6 图 2.2 球墨铸铁 QT900-2 的实物 2.3有限元模拟几何尺寸及几何形状有限元模拟几何尺寸及几何形状 本实验拉伸试样是一种薄板材料，材料特性分别为脆性光滑、脆性缺口、韧性光 滑和韧性缺口。 2.3.1光滑材料的几何形状及尺寸光滑材料的几何形状及尺寸 光滑材料的几何形状如图 2.3 所示。各尺寸为 a=2mmb=20mmR=22mm La=35.73mmLc=75.73mmL1=20.5mmB=30mmh1=14.735mmh=50mm 图 2.3 光滑材料的几何形状 2.3.2缺口材料的几何形状及尺寸缺口材料的几何形状及尺寸 缺口材料的几何形状如图 2.4 所示。各尺寸为 a=2mmb=20mmR=22mm La=35.73mmLc=75.73mmL1=20.5mmB=30mmh1=14.735mmh=50mm e=2mmf=1mm 太原工业学院毕业设计 7 图 2.4 缺口材料几何形状 2.4计算模型及方法计算模型及方法 用 ANSYS 有限元软件计算试样缺口前的应力-应变、缺口处的三向应力和变形前 后对比等。建模用命令流建立模型，有利于修改，命令流如下： /PREP7 ET,1,PLANE183 K,1,75.73/2,10, K,2,75.73/2+1,10.1, K,3,75.73/2+14.735,15, K,4,50+75.73/2+14.735,15, LSTR,3,4 LARC,3,1,2 FLST,3,2,4,ORDE,2 FITEM,3,1 FITEM,3,-2 LSYMM,X,P51X, , , ,0,0 FLST,3,4,4,ORDE,2 FITEM,3,1 FITEM,3,-4 LSYMM,Y,P51X, , , ,0,0 LSTR,6,12 太原工业学院毕业设计 8 LSTR,13,10 LSTR,7,1 LSTR,4,9 FLST,2,12,4 FITEM,2,3 FITEM,2,11 FITEM,2,10 FITEM,2,4 FITEM,2,2 FITEM,2,8 FITEM,2,6 FITEM,2,1 FITEM,2,7 FITEM,2,5 FITEM,2,9 FITEM,2,12 AL,P51X FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,10 FITEM,5,-11 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1,2, , , , , , ,1 !* FLST,5,4,4,ORDE,4 FITEM,5,2 FITEM,5,4 太原工业学院毕业设计 9 FITEM,5,6 FITEM,5,8 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1,3, , , , , , ,1 !* FLST,5,4,4,ORDE,4 FITEM,5,1 FITEM,5,3 FITEM,5,5 FITEM,5,7 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1,4, , , , , , ,1 !* FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,9 FITEM,5,12 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1,3, , , , , , ,1 太原工业学院毕业设计 10 !* MSHAPE,0,2D MSHKEY,0 !* CM,_Y,AREA ASEL, , , ,1 CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y !* AMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* K,100, K,101,5, LSTR,100,101 GPLOT VDRAG,1, , , , , ,13 FLST,2,37,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-37 LDELE,P51X, , ,1 GPLOT FINISH /SOL FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,3 太原工业学院毕业设计 11 !* /GO DA,P51X,ALL, FLST,2,4,3,ORDE,4 FITEM,2,4 FITEM,2,9 FITEM,2,21 FITEM,2,-22 !* /GO FK,P51X,FX,200 FINISH /PREP7 !* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,10000 MPDATA,PRXY,1,0.3 FINISH /SOL ! /STATUS,SOLU SOLVE /PREP7 !* ETDEL,1 !* ETDEL,1 !* 太原工业学院毕业设计 12 FINISH /SOL ! /STATUS,SOLU SOLVE FITEM,5,11 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1,2, , , , , , ,1 !* FLST,5,1,4,ORDE,1 FITEM,5,18 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1,1, , , , , , ,1 !* MSHAPE,0,2D 模型如图 2.5 所示。 网格划分为缺口处密集， 两边稀疏， 有利于得到精确的结果。 如图 2.6 和图 2.7 分别为没缺口和有缺口的网格分布情况。加载方式用位移加载，逐 次加大位移量，分别加载位移量为 0.04mm、0.05mm、0.1mm、4mm。 太原工业学院毕业设计 13 图 2.5 光滑试样三维模型 图 2.6 光滑试样网格划分 图 2.6 缺口试样网格划分 太原工业学院毕业设计 14 3结果与讨论结果与讨论 3.1材料变形前后对比材料变形前后对比 用有限元分别分析光滑韧性材料纯铜 T1、光滑脆性材料球墨铸铁 QT900-2、缺口 韧性材料纯铜 T1、缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 四种模型在相同位移量情况下变 形大小，这样可以宏观的表现出材料的力学性能。 3.1.1 光滑韧性材料纯铜光滑韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析拉伸性能的有限元分析 在薄板上分别加载位移量为 0.04mm、0.05mm、 0.1mm 和 4mm 直至薄板断裂观看其 变形大小，得到变形前后结果对比如图 3.1、3.2、3.3 和 3.4 所示。 图 3.1 光滑韧性材料加载位移量为 0.04mm 的变形图 图 3.2 光滑韧性材料加载位移量为 0.05mm 的变形图 太原工业学院毕业设计 15 图 3.3 光滑韧性材料加载位移量为 0.1mm 的变形图 图 3.4 光滑韧性材料加载位移量为 4mm 的变形图 由图 3.1 至 3.4 可以得在相同材料情况下薄板随着位移量的增加， 其变形幅度越 来越大直到断裂。 3.1.2光滑脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸性能的有限元分析3.1.2光滑脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸性能的有限元分析 对薄板分别加载位移量 0.04mm、0.05mm、0.1mm 和 4mm 直至薄板断裂观看其变形 大小，得到薄板前后变形结果对比如图 3.5、3.6、3.73 和 3.8 所示。 图 3.5 光滑脆性材料加载位移量为 0.04mm 的变形图 太原工业学院毕业设计 16 图 3.6 光滑脆性材料加载位移量为 0.05mm 的变形图 图 3.7 光滑脆性材料加载位移量为 0.1mm 的变形图 图 3.8 光滑脆性材料加载位移量为 4mm 的变形图 由图 3.5 至图 3.8 可以得在相同材料情况下薄板随着位移量的增加， 其变形幅度 越来越大直到断裂。 3.1.3缺口韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析缺口韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析 对薄板分别加载位移量 0.04mm、0.05mm、0.1mm 和 4mm 直至薄板断裂观看其变形 大小，得出薄板前后变形结果对比如图 3.9、3.10、3.11 和 3.12 所示。 太原工业学院毕业设计 17 图 3.9 缺口韧性材料加载位移量为 0.04mm 的变形图 图 3.10 缺口韧性材料加载位移量为 0.05mm 的变形图 图 3.11 缺口韧性材料加载位移量为 0.1mm 的变形图 太原工业学院毕业设计 18 图 3.12 缺口韧性材料加载位移量为 4mm 的变形图 由图 3.9 至 3.12 可以得在相同材料情况下薄板随着位移量的增加，其变形幅度 越来越大直到断裂。 3.1.4缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸的有限元分析缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸的有限元分析 分别对薄板加载位移量 0.04mm、0.05mm、0.1mm 和 4mm 直至材料断裂观看其变形 大小，得出壁板前后变形对比如图 3.13、3.14 和 3.15 所示。 图 3.13 缺口脆性材料加载位移量为 0.04mm 的变形图 太原工业学院毕业设计 19 图 3.14 缺口脆性材料加载位移量为 0.05mm 的变形图 图 3.15 缺口脆性材料加载位移量为 0.1mm 的变形图 当位移量为 4mm 时已经超过其屈服强度导致有限元不能分析。 由图 3-13 至图 3-15 可以得在相同材料情况下薄板随着位移量的增加， 其变形幅 度越来越大直到断裂。 1、 由 3.1.1 和 3.1.2、3.1.3 和 3.1.4 对比可以得出脆性材料球墨铸铁 QT900-2 变形 比韧性材料纯铜 T1 变形更大。 2、 由 3.1.1 和 3.1.3、3.1.2 和 3.1.4 对比可以得出有缺口材料变形比光滑材料变形 更大。 3、 由 3.1.1、 3.1.2、 3.1.3 和 3.1.4 对比可以得出有缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 在同样受力情况下变形最大。 3.2材料变形应力云图材料变形应力云图 用有限元分别分析光滑韧性材料纯铜 T1、光滑脆性材料球墨铸铁 QT900-2、缺口 韧性材料纯铜 T1、缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 四种模型在相同位移量情况下应 太原工业学院毕业设计 20 力大小，颜色越红表示应力越大。 3.2.1光滑韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析光滑韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析 分别对薄板加载位移量 0.04mm、0.05mm、0.1mm 和 4mm 直至壁板断裂观看应力大 小，得出应力云图如图 3.16、3.17、3.18 和 3.19 所示。 图 3.16 光滑韧性材料加载位移量 0.04mm 的应力云图 从图 3.16 可以得出当加载位移量是 0.04mm 时最大应力为 35.891N,最小应力为 4.001N。 图 3.17 光滑韧性材料加载位移量 0.05mm 的应力云图 从图 3.17 可以得出当加载位移量是 0.05mm 时最大应力为 44.863N,最小应力为 5.001N。 太原工业学院毕业设计 21 图 3.18 光滑韧性材料加载位移量为 0.1mm 的应力云图 从图 3.18 可以得出当加载位移量是 0.1mm 时最大应力为 389.727N,最小应力为 10.001N。 图 3.19 光滑韧性材料加载位移量 4mm 的应力云图 从图 3.19 可以得出当加载位移量是 4mm 时最大应力为 1383N,最小应力为 326.974N。 由图 3.16 至图 3.19 可以得出韧性材料纯铜 T1 随着壁板加载位移量越来越大， 其应力越来越大，两边最小中间较大。 3.2.2光滑脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸性能的有限元分析光滑脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸性能的有限元分析 对薄板分别加载位移量为 0.04mm、0.05mm、 0.1mm 和 4mm 直至薄板断裂观看其应 力大小，得到应力云图，如图 3.20、3.21、3.22 和 3.23 所示。 图 3.20 光滑脆性材料加载位移量 0.04mm 的应力云图 从图 3.20 可以得出当加载位移量是 0.04mm 时最大应力为 42.225N,最小应力为 4.58N。 太原工业学院毕业设计 22 图 3.21 光滑脆性材料加载位移量 0.05mm 的应力云图 从图 3.21 可以得出当加载位移量是 0.04mm 时最大应力为 52.781N,最小应力为 5.725N。 图 3.22 光滑脆性材料加载位移量 0.1mm 的应力云图 从图 3.22 可以得出当加载位移量是 0.05mm 时最大应力为 129.213N,最小应力为 7.68N。 图 3.23 光滑脆性材料加载位移量 4mm 的应力云图 从图 3.23 可以得出当加载位移量是 0.1mm 时最大应力为 1956N,最小应力为 233.956N. 太原工业学院毕业设计 23 由图3.20至图3.23可以得出脆性材料球墨铸铁QT900-2随着壁板加载位移量越 来越大，其应力越来越大，两边最小中间较大。 3.2.3缺口韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析缺口韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析 对模板分别加载位移量为 0.04mm、0.05mm、 0.1mm 和 4mm 直至材料断裂观看其应 力大小，得出应力云图，如图 3.24、3.25、3.26 和 3.27 所示。 图 3.24 缺口韧性材料加载位移量 0.04mm 的应力云图 从图 3.24 可以得出当加载位移量是 0.05mm 时最大应力为 75.237N,最小应力为 1.652N。 图 3.25 缺口韧性材料加载位移量 0.05mm 的应力云图 从图 3.25 可以得出当加载位移量是 0.05mm 时最大应力为 94.047N,最小应力为 2.065N。 太原工业学院毕业设计 24 图 3.26 缺口韧性材料加载位移量 0.1mm 的应力云图 从图 3.26 可以得出当加载位移量是 0.1mm 时最大应力为 188.094N,最小应力为 4.129N. 图 3.27 缺口韧性材料加载位移量 4mm 的应力云图 从图 3.27 可以得出当加载位移量是 4mm 时最大应力为 2539N,最小应力为 100.745N。 由图 3.24 至图 3.27 可以得出韧性材料纯铜 T1 随着壁板加载位移量越来越大， 其应力越来越大，两边最小有缺口处最大。 3.2.3缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸性能的有限元分析缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸性能的有限元分析 对薄板分别加载位移量 0.04mm、0.05mm、0.1mm、4mm 直至材料断裂观看其应力 大小，得到应力云图，如图 3.28、3.29、3.30 所示。 图 3.28 缺口脆性材料加载位移量 0.04mm 的应力云图 太原工业学院毕业设计 25 从图 3.28 可以得出当加载位移量是 0.04mm 时最大应力为 91.156N,最小应力为 1.826N。 图3.29 缺口脆性材料加载位移量 0.05mm 的应力云图 从图 3.29 可以得出当加载位移量是 0.05mm 时最大应力为 113.944N,最小应力为 2.283N。 图 3.30 缺口脆性材料加载位移量 0.1mm 的应力云图 从图 3.30 可以得出当加载位移量是 0.1mm 时最大应力为 227.889N,最小应力为 4.566N。 由图3.28至图3.30可以得出脆性材料球墨铸铁QT900-2随着壁板加载位移量越 来越大，其应力越来越大，两边最小有缺口处最大。 1、3.2.1 和 3.2.2、3.2.3 和 3.2.4 对比可以得出脆性材料球墨铸铁 QT900-2 比韧性 材料纯铜 T1 所受应力大。 2、3.2.1 和 3.2.3、3.2.2 和 3.2.4 对比可以得出有缺口材料变形比光滑材料所受应 力大。 3、 由 3.2.1、 3.2.2、 3.2.3 和 3.2.4 对比可以得出有缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 太原工业学院毕业设计 26 在同样受力情况下应力最大。 4、缺口改变了材料的受力大小，使材料力学性能更差。 3.3三向应力表三向应力表 用有限元分别分析光滑韧性材料纯铜 T1、光滑脆性材料球墨铸铁 QT900-2、缺口 韧性材料纯铜 T1、缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 四种模型在相同位移量情况下三 向应力大小。 3.3.1光滑韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析光滑韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析 分别加载位移量为 0.04mm、0.05mm、0.1mm 和 4mm 直至材料断裂查看三向应力， 如表 3.1、3.2、3.3 和 3.4 所示。 表 3.1 光滑韧性材料加载位移量 0.04mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号722731400282727 大小3.7712-2.4868-5.6421-9.0046-0.32173-3.9345 方向XYZXYXZYZ 节点号2727272525322 大小38.96817.48318.7829.10520.264051.1617 表 3.2 光滑韧性材料加载位移量 0.05mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号7227314003042827 大小4.7140-3.1085-7.0526-11.2560.40216-4.9182 方向XYZXYXZYZ 节点号2727272525322 大小48.71021.75423.47711.3820.330065.5771 表 3.3 光滑韧性材料加载位移量 0.1mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号7147814003042827 大小9.4280-6.2169-14.105-22.512-0.80432-9.9363 方向XYZXYXZYZ 节点号2727272525322 大小97.42143.50746.95422.7630.6601111.154 太原工业学院毕业设计 27 表 3.4 光滑韧性材料加载位移量 4mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号7147814003042827 大小36.40-87.307-95.778-3132.18-5.4475-102.28 方向XYZXYXZYZ 节点号282828135332322 大小1571.0870.64899.00307.808.5755138.01 由表 3.1 至表 3.4 可以得出光滑韧性材料纯铜 T1 随着加载位移量的增加各方向的应 力也随之增加。 3.3.2光滑脆性材料（球墨铸铁 QT900-2）的有限元分析光滑脆性材料（球墨铸铁 QT900-2）的有限元分析 对薄板分别加载位移量为 0.04mm、0.05mm、 0.1mm 和 4mm 直至材料断裂查看三向 应力，如表 3.5、3.6、3.7 和 3.8 所示。 表 3.5 光滑脆性材料加载位移量 0.04mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号7147814003042827 大小4.4651-2.2721-4.5666-9.6772-0.33806-3.8382 方向XYZXYXZYZ 节点号2272713525322 大小41.81512.59513.7759.77580.281244.2725 表 3.6 光滑脆性材料加载位移量 0.05mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号7147814003042827 大小5.5814-2.8401-5.7082-12.096-42257-4.7977 方向XYZXYXZYZ 节点号2272713525322 大小52.26915.74317.21912.2210.351565.3406 表 3.7 光滑脆性材料加载位移量 0.1mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号3211814143042727 大小7.4265-6.4649-14.840-18.555-1.1387-13.310 方向XYZXYXZYZ 节点号25252513525322 大小133.5942.57546.64230.6081.028814.316 表 3.8 光滑脆性材料加载位移量 4mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号34615391530469627 太原工业学院毕业设计 28 大小261.57-128.74-98.389-334.25-63.3848-152.06 方向XYZXYXZYZ 节点号2727271358322 大小2097.1968.521011.9452.2915.661204.93 又表3.5至表3.8可以得出光滑脆性材料球墨铸铁QT900-2随着加载位移量的增加各 方向的应力也随之增加。 3.3.3缺口韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析缺口韧性材料纯铜 T1 拉伸性能的有限元分析 分别加载位移量为 0.04mm、0.05mm、0.1mm 和 4mm 直至材料断裂查看三向应力， 如表 3.9、3.10、3.11 和 3.12 所示 表 3.9 缺口韧性材料加载位移量 0.04mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号982238390247140333 大小-10.785-4.9590-10.011-19.153-3.9192-4.1240 方向XYZXYXZYZ 节点号747747294741829 大小57.60629.25318.92120.8114.49053.9394 表 3.10 缺口韧性材料加载位移量 0.05mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号902238390247140333 大小-13.482-6.1988-12.651-23.941-4.8991-5.1550 方向XYZXYXZYZ 节点号747747294741829 大小72.00836.56623.65126.0135.61314.9243 表 3.11 缺口韧性材料加载位移量 0.1mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号902238390247140333 大小-26.964-12.398-25.028-47.882-9.7981-10.310 1 方向XYZXYXZYZ 节点号747747294741829 大小144.0273.13247.30352.02711.2269.8486 表 3.12 缺口韧性材料加载位移量 4mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号3440890247140333 大小-136.89-96.033-378.33-562.04-144.05-123.67 太原工业学院毕业设计 29 方向XYZXYXZYZ 节点号7477472947418312 大小2237.51155.5899.13629.02165.99105.30 由表3.9至表3.12可以得出缺口光滑材料纯铜T1随着加载位移量的增加各方向的应 力也随之增加，缺口处节点三向应力最大。 3.3.4缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸性能的有限元分析缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 拉伸性能的有限元分析 对薄板分别加载位移量为 0.04mm、0.05mm、0.1mm 和 4mm 直至材料断裂查看三向 应力，如表 3.13、3.14 和 3.15 所示。 表 3.13 缺口脆性材料加载位移量 0.04mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号34238390247140333 大小-11.145-5.5837-8.3574-22.332-3.2900-3.9445 方向XYZXYXZYZ 节点号4308747294741829 大小63.41828.89113.84024.0403.91233.8378 表 3.14 缺口脆性材料加载位移量 0.05mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号34238390247140333 大小-13.932-6.9797-10.447-27.915-4.1125-4.9306 方向XYZXYXZYZ 节点号4308747294741829 大小79.27236.11417.30030.0504.89044.7973 表 315 缺口脆性材料加载位移量 0.1mm 的最大最小三向应力表 方向XYZXYXZYZ 节点号34238390247140333 大小-27.864-13.959-20.894-55.830-8.2250-9.8612 方向XYZXYXZYZ 节点号4308747294741829 大小158.5472.22834.60060.1009.78089.5945 表 3.15 位移量 0.1mm 由表3.13至表3.15可以得出缺口脆性材料球墨铸铁QT900-2随着加载位移量的 增加各方向的应力也随之增加，缺口处节点三向应力最大。 1 由 3.3.1 和 3.3.2、3.3.3 和 3.3.4 中的表格对比可以得出脆性材料球墨铸铁 QT900-2 比韧性材料纯铜 T1 所受三向应力大，应力变化范围也广。 太原工业学院毕业设计 30 2 由 3.3.1 和 3.3.3、33.2 和 3.3.4 中的表格对比可以得出有缺口材料变形比光滑材料 三向应力大，应力变化范围也广。 3 由 3.3.1、 3.3.2、 3.3.3 和 3.3.4 中表格对比可以得出有缺口脆性材料球墨铸铁 QT900-2 在同样受力情况下三向应力最大，应力变化范围最广。 太原工业学院毕业设计 31 4全文总结全文总结 4.1主要的工作主要的工作 本文主要用四种模型光滑纯铜 T1、缺口纯铜 T1、光滑球墨铸铁 QT900-2、缺口 球墨铸铁 QT900-2，每种模型 4 种试样。 查