ansys实例5悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算

1、悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算摘要：本文介绍了悬臂梁在循环荷载作用下基于Ansys有限元软件进行弹塑性分析的过程，分析了材料为多线性弹性材料的悬臂梁在循环荷载作用下观测点P的水平方向的应力应变历程，并给岀了相应的结果。关键词：有限元，弹塑性，悬臂梁，应力应变Elastoplastic Calculatio n of Can tilever Beam Un derCyclic Load ingAbstract: This article describes the process of a cantilever beam under cyclic loading Ansys finite e

2、lement software elastoplastic analysis, and analyzes history of the horizontal direction of the observation point P of the cantilever whose material is multi-linear elastic material under cyclic loading stress strain. And gives the corresponding results.Key words: finite element, elastoplastic, cant

3、ilever, stress-strain.1. 刖言一个左端固定的悬臂梁见图1-1(a)，厚度为1cm,在它的右段中点上施加有一个集中力，该集中力为循环载荷见图1-1(b)，悬臂梁的材料为多线性弹性材料，材料的弹性模量为20000 N/cm 2，实验获得的该材料的非线性应力-应变行为见表1-1，分析该悬臂梁在循环载荷作用下的观测点P的水平方向上的应力应变历程。16 p(观測1点)*Idrra-ioo恳村梁以及加鞍位骨(cm)(b)所受的循环载荷(N)图1-1 一个悬臂梁示意图以及加载历程图表1-1材料的应力-应变行为实验数据实验点1实验点2实验点3实验点4实验点5应变00.0040.0150

4、.030.08应力(N/ crh)080160210280为考察悬臂梁根部P点的应力-应变历程，采用2D的计算模型，使用平面单元PLANE42材 料采用多线性弹塑性模型(mkin)，进行循环加载过程的分析。2. 建模的要点:1）设置几何以及材料参数；2）输入材料的多线性弹塑性模型（包括：弹性模量、屈服极限），见图1-2 ;3）通过设置time来给出加载历程，每次加载都输入当时的状态载荷值，不是增量加载，每 次加载后，必须进行计算，再进入下一步的计算；4）在时间后处理中，通过设置几何位置来查询对应的P观测点的节点编号，并设置观测点的应力显示变量（2号变量）以及塑性应变为显示变量（3号变量），最后

5、将3号变量设置为横轴，画出2号变量随3号变量的变化曲线见图1-6，可以看出，该材料具有非常明显的 Bauschinger 效应（即正向屈服与反向屈服之和是单拉实验屈服极限的2倍）。3. 基于图形界面（GUI）的交互式操作（step by step） 过程如下（1）进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）程序 t ANSYS t ANSYS In teractive宀 Worki ng directory（设置工作目录）宀In itial job name（设置工作文件名）：Beams t Run t OK（2）设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences t Struc

6、tural t OK（3）设定不显示时间ANSYSJtilityMenu PlotCtrlst Window Controls t Window Options t DATE：No Date or Time t OK（4）定义单元类型ANSYS Main Menu Preprocessor t Element Type t Add/Edit/Delete. t Add t Solid: Quad 4node 42 t OK （返回到 Element Types 窗口）t Close（5）定义材料参数ANSYS Mai n Me nu: Preprocessor t Material Props

7、 t Material Models t Structural t Lin eart Elastic t Isotropict 输入 EX: 2E4, PRXY: 0.3 （ 定义弹 性模量及泊松比）t ok t 返回Define Material Model Behavior窗口 Structural t NonLineartIn elastict Rate In depe ndent tKi nematic Harde ning PlasticitytMises Plasticity t Multili near （Fixed table） t 在Strain 一行中对 应 1 至4号点输

8、入 0.004、0.015、0.03、 0.08 t 在Curve1中对应1至4号点输 入80、160、210、280 t 点击右下角 Graph t OK t Close （关闭材料定义 窗口），见图1-2，观察窗口中的多线 性弹塑性模型（6）构造模型图1-2多线性弹塑性模型生成关键点ANSYSMain Menu: Preprocessor t Modeling t Create t Keypoints t In Active CS t Keypoints number : 1, X, Y, Z Location in active CS : 0, 0, 0 t Apply t 同 样依次输

9、入其他三个关键点(100, 0, 0)、( 100, 10, 0)与(0, 10, 0)t okANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas ArbitraryThrough KPs用鼠标依次点击1、2、3、4关键点，生成面单元(7) 网格划分ANSYSMain Menu: Preprocessor Meshing Mesher Opts Mesher Type : Mapped t OK t 2D Shape Key : Quad OKANSYS Main Menu : Preprocessor t Meshing t size con

10、trlst ManualSize tLines t Picked Lines t 选择上下两条横边线， Ok t NDIV设置为20 t Apply t 选 择两条竖边线 t Ok t NDIV设置为8 t okANSYSMain Menu: Preprocessor t Meshing t Mesh t Areas t Target Surf t点 击生成面几何体的位置，显示矩形面被选中t ok网格划分后的模型见图1-3图1-3网格划分后模型图(8) 模型加约束ANSYS Main Menu: Solution t Define Loads t Apply t Structural t Di

11、splacement On Lines t选取左侧边线(L4)t OK t select Lab2: All DOF(施加全部约束)t ok(9) 求解设置ANSYS Main Menu : Solution t Analysis Type t Sol n Controls t 在 Basic 标 签下设置 Analysis Options 为 Large Displacement Satic , Number of substeps: 8, Max no. of substeps :25 Min no. Of substeps:2, Frequency 设置为 Write N number

12、of substeps Where N = 10 t OK(10) 按照时间步施加循环载荷ANSYS Main Menu : Solution t Analysis Type t Sol n Controls t 在 Basic 标 签下设置 Time at end of loadstep:1 t OKANSYS Main Menu : Solution t Define Loads t Apply t Structural t7Force/Moment On Nodes选择右侧边缘中点（26号节点）宀 OK 宀 Lab : Fy, Value :-40 t OKANSYS Main Menu

13、: Solutiont Solve t Current LSOKANSYS Utility Menu : PlotANSYS Main Menu : Solution签下设置 Time at end of loadstep: 2t Replott Analysis Type tt OKSoln Controls t 在 Basic 标ANSYS Main Menu : Solution t Define LoadsForce/Moment t On Nodes t选择右侧边缘中点（ 26号节点）Apply t Structural t OKt Lab :Fy,Value:0 t OKANSYS

14、 Main Menu: Solutiont Solve t Current LSOKANSYS Utility Menu : PlotANSYS Main Menu : Solutiont Replot签下设置 Time at end of loadstep: 3t Analysis Type t t OKSoln Controls t 在 Basic 标Apply t StructuralANSYS Main Menu : Solution t Define LoadsForce/Moment t On Nodes t 选择右侧边缘中点（26号节点）t OK t Lab : Fy, Valu

15、e :40 t OKANSYS Main Menu：Solutiont Solve t Current LSt OKANSYS Utility Menu : Plot t ReplotANSYS Main Menu : Solutiont Analysis Typet Soln Controlst在Basic标签下设置 Time at end of loadstep: 4t OKANSYSMain Menu : Solution t Define Loads t Apply t Structural t Force/Moment t On Nodes t 选择右侧边缘中点（26号节点）t La

16、b : Fy, Value : 0 t OKANSYS Main Menu: Solution t Solve t Current LS t OKANSYS Utility Menu : Plot t R eplotANSYS Main Menu : Solution t Analysis Type t Sol n Controls t 在 Basic 标 签下设置 Time at end of loadstep: 5 t OKANSYSMain Menu : Solution t Define Loads t Apply t StructuraltForce/Momentt On Nodes

17、 t 选择右侧边缘中点（26号节点）t Lab : Fy, Value : -40 t OKANSYS Main Menu: Solution t Solve t Current LS t OKANSYS Utility Menu : Plot t ReplotANSYS Main Menu : Solution t Analysis Type t Sol n Controls t 在 Basic 标 签下设置 Time at end of loadstep: 6 t OKANSYSMain Menu : Solution t Define Loads t Apply t Structural

18、 tForce/Moment t On Nodes t 选择右侧边缘中点（26号节点）t Lab : Fy, Value : 0 t OKANSYS Main Menu: Solution t Solve t Current LS t OK（11）计算结果ANSYS Main Menu: General Postproc t Read Results t Last SetANSYS Main Menu: General Postproc t Plot Resultst Deformed Shape t Def +Un deformed t o K （观察最后变形情况）见图 1-4AN.0153

19、45-017.-0O4fi图1-4，悬臂梁变形前与变形后形状对比ANSYS Main Menu: General Postproc f Plot Results f Contour Plot f Element solu f Plastic Strain f Equivalent plastic strainf OK （观察累计的等效塑性应变）见图1-5elehei:：ttAN图1-5累计的等效塑性应变图ANSYSMain Menu: TimeHist Postpro 关闭弹出窗口Define VariablesAddt Element Results OK在方框中输入2 OK在方框中输入4宀OK宀 在 Item , Comp Data item 中选择 Stress, X-direction SXt OK返回 Define Time