悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(GUI).docx

悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(GUI)一个左端固定的悬臂梁见图9-7(a),厚度为ICm,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9-7(b),悬臂梁的材料为多线性弹性材料，材料的弹性模量为20OOONZcm2,实验获得的该材料的非线性应力-应变行为见表9-3。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。1.oadLTH=IOO(a)悬臂梁以及加载位置(Cm)(b)所受的循环载荷(N)图9-7一个悬臂梁以及加载历程表9-3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00.0040.0150.030.08应力(NZcm2)080160210280解答: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。建模的要点：设置几何以及材料参数；输入材料的多线性弹塑性模型(包括弹性模量和屈服极限)，见图9-8；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；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9-9o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)。图9-8多线性弹塑性模型图9-9观测点P上的应力应变历程(SX)给出的基于图形界面的交互式操作(StePbystep)过程如下。（1）进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）程序-*ANSYS-*ANSYSInteractive-*Workingdirectory（设置工作目录）-Initialjobname（设置工作文件名）:ReamS-Run-*OK（2）设置计算类型ANSYSMainMenu：Preferences.-*StructuralOK（3）设定不显示时间ANSYSUtilityMenu：PIotCtrls-WindowControls-WindowOptions.->DATE：NoDateorTime-OK（4）定义单元类型ANSYSMainMenu：Preprocessor-ElementType-AddZEdit/Delete.-*Add.-*Solid:Quad4node42-OK（返回到ElemenlTyPeS窗口）-*Close（5）定义材料参数ANSYSMainMenu:Preprocessor-*MaterialProps-*MaterialModels-*Structural-*Linear-*Elastic-Isotropic-输入EX:2E4,PRXY:03（定义弹性模量及泊松比）-*OK-*返回DefineMaterialModelBehavior窗口Structural-*NonLinear-Inelastic-RateIndependent-*KinematicHardeningPlasticity-*MisesPlasticity-Multilinear（Fixedtable）-在Strain一行中对应1至4号点输入0.004、0.015、0.03、0.08-在CUrVel中对应1至4号点输入强、160210280点击右下角GraPh-OK-Close（关闭材料定义窗口）,，见图98,观察窗口中的多线性弹塑性模型（6）构造模型生成关键点ANSYSMainMenu：Preprocessor-*Modeling-*CreateKeypoints-InActiveCS->Keypointsnumber：J,X,Y»ZLocationinactiveCSt0,0,0-Apply-同样依次输入其他三个关键点（100,0,OX（100,10,0）与（0,10,0）-OKANSYSMainMenu：Preprocessor-*Modeling-*Create-Areas-Arbitrary-ThroughKPs一用鼠标依次点击1、2、3、4关键点，生成面单元（7）网格划分ANSYSMainMenu：Preprocessor-*Meshing-MesherOpts-Mesherlpe:MappedOK2DShapeKey:Quad-OKANSYSMainMenu：Preprocessor-Meshing-sizecontrls-*ManuaISize-Lines-PickedLines-选择上卜.两条横边线，OkNDIV设置为国一Apply-*选择两条竖边线Ok-NDIV设置为a-oANSYSMainMenu：Preprocessor-*Meshing-Mesh-Areas-TargetSurf一点击生成面几何体的位置，显示矩形面被选中一OK（8）模型加约束ANSYSMainMenu:Solution-*DefineLoads-*Apply-*Structural-*DisplacementOnLines-选取左侧边线（L4）-OK-SeleCtLab2:AllDoF（施加全部约束）-OK求解设置ANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-*SonControls-在BaSiC标签卜设置AnalysisOptions为LargeDisplacementSatie*Numberofsubsteps:8,Maxno.ofsubsteps:25Minno.OfSUbStePS:备Frequency设置为WriteNnumberofsubstepsWhereN=10-,OK（10）按照时间步施加循环载荷ANSYSMainMenu:Solution-*AnalysisTyPe-*SoFnControls-*在BaSiC标签下设置Timeatendofloadstep11OKANSYSMainMenu:Solution-DefineLoads-Apply-*Structural-*ForceZMoment-*OnNodes-*选择右侧边缘中点（26号节点）OKLab：Fy,Value：XOioKANSYSMainMenu：Solution-Solve-*CurrentLSOKANSYSUtilityMenu:PlotReplotANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-*SoPnControls-在Basic标签下设置Timeatendofloadstep:2-OKANSYSMainMenu:Solution-DefineLoads-Apply-*Structural-*ForceZMoment-*OnNodes-*选择右侧边缘中点（26号节点）-OK*Lab：Fy,Value：O-*OKANSYSMainMenu：Solution-Solve-*CurrentLS-*OKANSYSUtilityMenu:Plot-ReplotANSYSMainMenu:SolutionAnalysisTyPe-SoFnControls-在BaSiC标签下设置Timeatendofloadstep:3OKANSYSMainMenu:SolutionDefineLoadsApply-Structural-*ForceZMoment-OnNodes-选择右侧边缘中点（26号节点）-OK-Lab：Fy,Value：40-*OKANSYSMainMenu：Solution-Solve-*CurrentLS-*OKANSYSUtilityMenu:Plot-ReplotANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-SonControls-在BaSiC标签下设置Timeatendofloadstep:4-OKANSYSMainMenu:Solution-DefineLoadsApply-Structural-*ForceZMoment-OnNodes选择右侧边缘中点（26号节点）-Lab：Fy,Value：O-OKANSYSMainMenu：Solution-Solve-*CurrentLS-*OKANSYSUtilityMenu:Plot-ReplotANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-SoFnControls在Basic标签下设置Timeatendofloadstep:5OKANSYSMainMenu:SolutionIkfineLoadsApply-Structural-*Force/Moment-OnNodes-选择右侧边缘中点（26号节点）-LabSFy,Value：z40-*OKANSYSMainMenu：SolutionSolve-*CurrentLS_*OKANSYSUtilityMenu:Plot-ReplotANSYSMainMenu:SolutionAnalysisType-*SonControls-在BaSiC标签下设置Timeatendofloadstep:6-OKANSYSMainMenu:SolutionDefineLoadsApply-Structural-*ForceZMoment-OnNodes-选择右侧边缘中点（26号节点）-Lab：Fy,Value：O-*OKANSYSMainMenu：Solution-Solve-*CurrentLS-OK（三）计算结果ANSYSMainMenu：GeneralPostproc-*ReadResults-LastSetANSYSMainMenu：GeneralPostproc-PlotResults-*DeformedShape-*Def+Undeformed-OK（观察最后变形情况）ANSYSMainMenu：GeneralPostproc-PlotResults-ContourPlot-Elementsolu-PlasticStrain-Equivalentplasticstrain-OK（观察累计的等效塑性应变）ANSYSMainMenu：TimeHistPostpro一关闭弹出窗口-*DefineVariables-*Add.-ElementResults-OK,在方框中输入2-*OK»在方框中输入4TOK在Item,CompDataitem中选择StreSs,X-directionSX-*OK,返回DefineTime-HistoryVariables-Add*ElementResults-*OKt在方框中输入2-*OK»在方框中输入4OK在Item,CompDataitem中选择Strain-plastic,X-dir,nEPPLX-*OK-*CloseANSYSMainMenu：TimeHistPostpro-*关闭弹出窗口-Settings-*Graph-*SingleVariableNo.输入3-*oANSYSMainMenuzTimeHistPostpro一关闭弹出窗口-*GraphVariables在NVarl中输入2OK观察观测点P上的应力应变历程（SX）,见图9-9ANSYSUtilityMenu：FileExitSaveEverything-*OKlfll>B!H悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算（命令流）针对【ANSYS算例】9.3（1）的GUl操作，提供完整的命令流。解答：给出的命令流如下。!%ANSYS算例9.3（2）%begin%/PREP7PLOPTS,DATE,0!进入前处理!设置不显示日期和时间设置几何以及材料参数FORCE=401.TH=100THK=IOEXX=20000Sts1=80!设置力参数!设置悬臂梁的长度!设置梁的高度!设置弹模!设置屈服应力!=以下为多线性弹蜘性模型的应力应变数据点Stnl=StsIZexxsts2=160stn2=0.015sts3=210stn3=0.03sts4=280stn4=0.08mp,ex,l,EXXmp,nuxy,1,0.3(b.mkin,l!设置多线性随动硬化模型tbtemp,straintbdata.,stn1,sin2,stn3.s(n4tbtemp,IbdaIa.,sis1,sts2,sts3,ss4TBPLOT,mkin.l!多线性弹塑性模型的应变数据点!多线性弹塑性模型的应力数据点!图形显示多线性弹塑性模型实际输入曲线!=设置单元以及几何ANTYPE,STATICET,1,PLANE42KJ,0,0,0K,2,LTHAOK,3,LTH,THKOK,4,0,THK,0A,1,2,3,41.ESIZE,1,20,11.ESIZE,3,20,11.ESlZE,2,8,1!设置为静力结构分析!选取单元类型1（平面单元PLANE42）!生成几何点No.l!生成几何点No.2!生成几何点No.3!生成几何点No.4!由4个几何点连成儿何面No.l!对线1,划分20段（单元划分前的设置）!对线3,划分20段（单元划分前的设置）!对线2,划分8段（单元划分前的设置）LESIZE,4, ,8, MSHAPE.0,2D MSHKEY,1 AMESHJ DL,4, ,ALL, FINISH!对线4,划分8段（单元划分前的设置）!设置四边形单元!设置映射划分!对面No.l进行网格划分!对几何线4进行完全约束!结束前处理!=在求解模块中，/SOLUnlgeom,onoutres,all,-10nsubst,8,25,2NP=NODEd00,5,0)按照时间历程施加外力，进行求解!进入求解模块!打开几何大变形的开关!每10步存储一次计算结果!每一个步长设置8个子步，最大25步，最小2步!获取几何位置为（Ioo,5.0）所对应的节点号码，赋值给NP!以下按照时间步来施加循环载荷time,l!时刻1（第1个时间步）F,NRFY,-FORCE!在节点NP上施加力FY=-FORCEsolve!求解time,2!时刻2（第1个时间步）F,NRFY,0!在节点NP上施加力FY=Osolve!求解time,3!时刻3（第1个时间步）F,NRFY,FORCE!在节点NP上施加力FY=FORCEsolve!求解time,4!时刻4（第1个时间步）F,NRFY,0!在节点NP上施加力FY=Osolve!求解time,5!时刻5（第1个时间步）F,NRFY-FORCE!在节点NP上施加力FY=-FORCEsolve!求解time,6!时刻6（第1个时间步）F,NRFY,0!在节点NP上施加力FY=Osolve!求解!=进入般的后处理模块Zpostlset,lastPLDISR2PLESOL,nl,epeqFINISH!进入般的后处理!读取最后一步的计算结果.!图形显示计算结果的变形后与前的形貌!图形显示累计的等效塑性应变!结束后处理!=进入时间历程的后处理模块post26KEY=NODE(10,0.0)ELM=ENEARN(KEY)ESoL2ELM,KEY,S,X,!进入时间历程的后处理!获取位置为（10,0,0）的节点编号，并赋值给KEY!获取最接近节点为KEY的单元号，并赋值给ELM!将ELM号单元的KEY号节点的应力SX设置为2号变量ESOL,3,ELM,KEY.EPPL,X,!将ELM号单元的KEY号节点的弹塑性应变EPPL设置为3号变量XVAR.3PLVAR.2!将3号变量设置为横坐标!图形显示2号变量随时间变化的曲线FINISH!结束后处理!%ANSYS算例9.3(2)%end%