圆盘塑性变形分析

圆盘塑性变形分析一、问题提出对一个圆盘在周期载荷作用下的塑性进行分析，一个周边简支的圆盘如下图所示。在其中心受到一个冲杆的周期作用，由于冲杆被假定是刚性的，因此在建模时不考虑冲杆，而耦合圆盘上和冲杆接触的节点的Y方向上的位移。由于模型和载荷都是轴对称的，因此用轴对称模型计算。求解通过4个载荷步实现。圆盘加载荷图材料样式模量EX=70000MP，泊松比NUXY=0.325，塑性时的应力-应变关系见下表1，加载历史见表2。表1：应力-应变关系应变应力0.0007857550.005751120.029251720.1241表2：加载历史时间载荷（N）001-600027503-6000二、操作步骤1、定义工作文件名及工作标题=1\*GB3①定义工作文件名。执行UtilityMenu>File>ChangeJobname命令，弹出【ChangeJobname】对话框。输入“Kinematic”，选择【Newloganderrorfiles】复选框，单击OK按钮。=2\*GB3②定义工作标题。执行UtilityMenu>File>ChangeTitle命令，弹出【ChangeTitle】对话框。输入是“1245523114（学号）”，单击OK按钮。=3\*GB3③关闭坐标符号的显示。执行UtilityMenu>PlotCtrls>WindowControls>WindowOptions命令，弹出【WindowOption】对话框。在【Locationoftriad】下拉列表中选择“NoShown”选项，如图1所示，单击OK按钮。图12、定义单元类型=1\*GB3①定义单元类型。执行MainMenu>Preprocessor>ElementType>All/Edit/Delete命令，弹出【ElementTypes】对话框。单击Add…按钮，弹出【LibraryofElementTypes】对话框。在左右列表框中分别选择“StructuralSolid”和“Quad4node182”选项，如图2所示，单击OK按钮。图2=2\*GB3②设置单元选项。在【ElementTypes】对话框中单击Options…按钮，弹出【PLANE42elementtypeoptions】对话框，如图3所示。在【Elementbehavior】下拉列表框中选择“Axisymmetric”选项，单击OK按钮，单击【ElementTypes】对话框中的Close按钮。图33、定义材料属性=1\*GB3①定义线弹性材料属性。执行MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModel命令，弹出【DefineMaterialModelsBehavior】窗口。双击【MaterialModelsAvailable】列表框中的“SStructural\Linear\Elastic\Isotropic”选项，弹出【LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1】对话框。在【EX】和【PRXY】文本框中分别输入“7.0E10”及“0.325”，单击OK按钮。=2\*GB3②定义和填充多线性随动强化数据表。双击【DefineMaterialModelsBehavior】窗口【MaterialModelsAvailable】列表框中的“Structural\Nonlinear\Inelastic>RateIndependent>KinematicHardeningPlasticity>MisesPlasticity>Multilinear(General)”选项，弹出如图4所示的【MultilinearKinematicHardeningforMaterialNumber1】对话框。3次单击AddPoint按钮，将应力应变对应关系输入相应的文本框中。单击Graph按钮可绘制应力应变关系图，如图5所示，单击OK按钮。执行Masterial>Quit命令，完成材料属性设置。图4图54、建立几何模型=1\*GB3①生成矩形面。执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>ByDimensions命令，弹出【CreateRectanglebyDimensions】对话框。在【X-coordinates】文本框中输入“0,0.05”，在【Y-coordinates】文本框中输入“0,0.065”，单击Apply按钮。在【X-coordinates】文本框中输入“0.05,0.65”，在【Y-coordinates】文本框中输入“0,0.065”，单击OK按钮。=2\*GB3②打开面编号控制。执行UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering命令，弹出【PlotNumberingControls】对话框。选择【Areasnumbers】复选框，在【Numberingshownwith】下拉列表框中选择“Colors&numbers”选项，单击OK按钮。=3\*GB3③面显示操作。执行UtilityMenu>Plot>Areas命令，结果如图6所示。图6=4\*GB3④保存数据。单击ANSYSToolbar中的SAVE_DB按钮。5生成有限元模型=1\*GB3①布尔操作。执行MainMenu>preprocessor>Modefing>Operate>Booleans>Glue>Areas命令，弹出拾取框。拾取A1和A2，单击OK按钮。=2\*GB3②打开线编号控制。执行UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering命令，弹出【PlotNumberingControls】对话框。选择【Areasnumbers】复选框，在【Numberingshownwith】下拉列表框中选择“Colors&numbers”选项，单击OK按钮。=3\*GB3③线显示操作。执行UtilityMenu>Plot>Lines，结果如图7所示。图7=4\*GB3④单元尺寸控制（均匀段）。执行MainMenu>preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Lines>PickenLines命令，弹出拾取框。拾取L1和L3，单击OK按钮，弹出【ElementSizeonPickenLines】对话框，如图8所示。在【No.ofelementdivisions】文本框中输入“3”，清除【KYNDIVSIZE,NDIVcanbechanged】复选框，单击Apply按钮。拾取L2，L4和L6，单击OK按钮，弹出【ElementSizeonPickenLines】对话框。在【No.ofelementdivisions】文本框中输入“4”，清除【KYNDIVSIZE,NDIVcanbechanged】复选框，单击Apply按钮。图8=5\*GB3⑤单元尺寸控制（非均匀段）。拾取编号为L9和L10的线条，弹出【ElementSizeonPickenLines】对话框。在【No.ofelementdivisions】和【SPACE】文本框中分别输入“20”及“2”，清除【KYNDIVSIZE,NDIVcanbechanged】复选框，单击OK按钮。=6\*GB3⑥网格划分。执行MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>3or4sided命令，弹出拾取框。单击PickAll按钮，显示的网格如图9所示。图9=7\*GB3⑦设置耦合。执行MainMenu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>CoupleDOFs命令，弹出拾取框。选择节点9，然后依次选择节点11，10和5。单击OK按钮，弹出【DefineCoupleDOFs】对话框，如图10所示。在【Setreferencenumber】文本框中输入“1”，在【Degree-of-freedomlabel】下拉列表框中选择“UY”选项，单击OK按钮。这样全部耦合顶部节点的Y方向位移，显示结果如图11所示。图10图11=8\*GB3⑧保存数据。单击ANSYSToolbar中的SAVE_DB按钮。6、定义分析类型和设置选项=1\*GB3①定义分析类型。执行MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis命令，弹出【NewAnalysis】对话框。选择“Static”单选按钮，单击OK按钮。=2\*GB3②打开预测器。执行MainMenu>Solution>AnalysisType>Sol’nControls命令，弹出【SolutionControls】对话框，如图12所示。选择【Nonlinear】选项卡，在【DOFsolutionpredictor】下拉列表框中选择“Onforaiisubstep”选项，单击OK按钮。=3\*GB3③设置求解选项控制。执行MainMenu>Solution>AnalysisType>Sol’nControls命令，弹出【SolutionControls】对话框。在【AnalysisOptions】和【Frequency】下拉列表框中分别选择“LargeDisplacementStatic”及“Writeeverysubstep”选项，在【Timeatendofloadstep】文本框中输入“1e-6”，在【Numberofsubsteps】文本框中输入“1”如图13所示，单击OK按钮。图12图137、施加约束条件及载荷=1\*GB3①施加约束条件。执行MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnLines命令，弹出拾取框。拾取L4，单击OK按钮弹出【ApplyU,ROTonLines】对话框。在【DOFstobecontrained】列表框中选择“UX”选项，单击Apply按钮。拾取L1和L9，单击OK按钮弹出【ApplyU,ROTonLines】对话框。在【DOFstobecontrained】列表框中选择“UY”选项，单击OK按钮，结果如图14所示。如果弹出警告信息，单击Close按钮。=2\*GB3②施加集中载荷。执行MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes命令，弹出拾取框。拾取编号为9的节点（左上角），单击OK按钮弹出【ApplyF/MonNodes】对话框，如图15所示。在【Directionofforce/mom】下拉列表框中选择“FY”选项，打击OK按钮。图14图158、载荷步选项控制及求解运算=1\*GB2⑴写入第一个载荷步。执行MainMenu>Solution>LoadStepOpts>WriteLSFile命令，弹出【WriteLoadStepFile】对话框。在【Loadstepfilenumbern】文本框中输入“1”，单击OK按钮。=2\*GB2⑵设置求解选项控制。执行MainMenu>Solution>AnalysisType>Sol’nControls命令，弹出【SolutionControls】对话框。在【AnalysisOptions】、【Automatictimesteppingoption】和【Frequency】下拉列表框中分别选择“LargeDisplacementStatic”、“On”及“Writeeverysubstep”选项，在【Timeatendofloadstep】和【Numberofsubsteps】文本框中分别输入“1”及“10”，打你OK按钮。=3\*GB2⑶施加集中载荷。执行MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes命令，弹出拾取框。拾取编号为9的节点（左上角），单击OK按钮，弹出【ApplyF/MonNodes】对话框。在【Directionofforce/mom】下拉列表框中选择“FY”选项，在【LoadTEmPvalue】文本框中输入“-6000”，单击OK按钮。=4\*GB2⑷写入第二个载荷步。执行MainMenu>Solution>LoadStepOpts>WriteLSFile命令，弹出【WriteLoadStepFile】对话框。在【Loadstepfilenumbern】文本框中输入“2”，单击OK按钮。=5\*GB2⑸设置求解选项控制。执行MainMenu>Solution>AnalysisType>Sol’nControls命令，弹出【SolutionControls】对话框。在【AnalysisOptions】、【Automatictimesteppingoption】和【Frequency】下拉列表框中分别选择“LargeDisplacementStatic”、“On”及“Writeeverysubstep”选项，在【Timeatendofloadstep】和【Numberofsubsteps】文本框中分别输入“2”及“10”，单击OK按钮。=6\*GB2⑹施加集中载荷。执行MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes命令，弹出拾取框。拾取编号为9的节点（左上角），单击OK按钮，弹出【ApplyF/MonNodes】对话框。在【Directionofforce/mom】下拉列表框中选择“FY”选项，在【LoadTEmPvalue】文本框中输入“750”，单击OK按钮。=7\*GB2⑺写入第三个载荷步。执行MainMenu>Solution>LoadStepOpts>WriteLSFile命令，弹出【WriteLoadStepFile】对话框。在【Loadstepfilenumbern】文本框中输入“3”，单击OK按钮。=8\*GB2⑻设置求解选项控制。执行MainMenu>Solution>AnalysisType>Sol’nControls命令，弹出【SolutionControls】对话框。在【AnalysisOptions】、【Automatictimesteppingoption】和【Frequency】下拉列表框中分别选择“LargeDisplacementStatic”、“On”及“Writeeverysubstep”选项，在【Timeatendofloadstep】和【Numberofsubsteps】文本框中分别输入“3”及“10”，单击OK按钮。=9\*GB2⑼执行MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes命令，弹出拾取框。拾取编号为9的节点（左上角），单击OK按钮，弹出【ApplyF/MonNodes】对话框。在【Directionofforce/mom】下拉列表框中选择“FY”选项，在【LoadTEmPvalue】文本框中输入“-6000”，单击OK按钮。=10\*GB2⑽写入第四个载荷步。执行MainMenu>Solution>LoadStepOpts>WriteLSFile命令，弹出【WriteLoadStepFile】对话框。在【Loadstepfilenumbern】文本框中输入“4”，单击OK按钮。=11\*GB2⑾保存数据。单击ANSYSToolbar中的SAVE_DB按钮。=12\*GB2⑿求解问题。执行MainMenu>Solution>Solve>FromLSFile命令，弹出如图16所示的【SolveLoadStepFlies】对话框。在【LSMIN】和【LSMAX】文本框中分别输入“1”及“4”，单击OK按钮开始求解。求解完毕弹出【Solutionisdone】对话框，单击Close按钮。图169、通用后处理=1\*GB3①总位移显示。执行MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSoluation命令，弹出【ContourNodalSolutionData】对话框，如图17所示。在【Itemtobecontoured】左右列表框中选择“DOFsolution”和“Displacementvectorsum”选项，并选择“Deformedshapewithundeformededge”选项。单击OK按钮，结果如图18所示。图17图18=2\*GB3②读入第三个载荷步。执行MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults>ByLoadStep命令，弹出【ReadResultsByLoadStepNumber】对话框，如图19所示。在【LSTEP】文本框中输入“3”，单击OK按钮。图19=3\*GB3③重新显示。执行UtilityMenu>Plot>Replot命令，结果如图20所示。图2010、时域后处理=1\*GB3①定义位移变量。执行MainMenu>TimeHistPostpro>DefineVariables命令，弹出【DefineTime-HistoryVariable】对话框。单击Add…按钮，弹出【AddTime-HistoryVariable】对话框，如图21所示。单击OK按钮，弹出一个拾取框。拾取编号为9的节点（加载处），单击OK按钮弹出【DefineNodalData】对话框。在【Name】文本框中输入“UY9”，在【Item,Compdataitem】右列表框中选择“UY”选项，单击OK按钮。图21=2\*GB3②定义反作用力变量。单击【DefineTime-HistoryVariable】对话框中的Add…按钮，弹出【AddTime-HistoryVariable】对话框。选择“Reactionforce”单选按钮，单击ok按钮弹出一个拾取框。拾取编号为的节点（原点位置），单击OK按钮弹出【DefineNodalData】对话框。在【Name】文本框中输入“FY1”，在【Item,Compdataitem】右列表框中选择“FY”选项。单击OK按钮，单击Close按钮关闭【DefineTime-HistoryVariable】对话框。=3\*GB3③绘制位移时程图。执行MainMenu>TimehistPostpro>GraphVaribles命令，弹出【GraphTime-HistoryVariable】对话框，如图22所示。在【1stvariabletograph】文本框中输入“2”，单击OK按钮，结果如图23所示。图22图23=4\*GB3④定义坐标标题