圓盤(pán)塑性變形分析

1、圓盤(pán)塑性變形分析一、問(wèn)題提出對(duì)一個(gè)圓盤(pán)在周期載荷作用下的塑性進(jìn)行分析，一個(gè)周邊簡(jiǎn)支的圓盤(pán)如下圖所示。在其中心受到一個(gè)沖桿的周期作用，由于沖桿被假定是剛性的，因此在建模時(shí)不考慮沖桿，而耦合圓盤(pán)上和沖桿接觸的節(jié)點(diǎn)的Y方向上的位移。由于模型和載荷都是軸對(duì)稱(chēng)的，因此用軸對(duì)稱(chēng)模型計(jì)算。求解通過(guò)4個(gè)載荷步實(shí)現(xiàn)。圓盤(pán)加載荷圖材料樣式模量EX=70000MP，泊松比NUXY=0.325，塑性時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系見(jiàn)下表1，加載歷史見(jiàn)表2。表1： 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變應(yīng)力0.0007857550.005751120.029251720.1241表2： 加載歷史時(shí)間載荷（N）001-600027503-6000二、操作

2、步驟1、定義工作文件名及工作標(biāo)題定義工作文件名。執(zhí)行Utility Menu>File>Change Jobname命令，彈出【Change Jobname】對(duì)話(huà)框。輸入“Kinematic”，選擇【New log and error files 】復(fù)選框，單擊OK按鈕。定義工作標(biāo)題。執(zhí)行Utility Menu>File>Change Title命令，彈出【Change Title】對(duì)話(huà)框。輸入是“1245523114（學(xué)號(hào)）”，單擊OK按鈕。關(guān)閉坐標(biāo)符號(hào)的顯示。執(zhí)行Utility Menu>PlotCtrls>Window Controls>Win

3、dow Options命令，彈出【W(wǎng)indow Option】對(duì)話(huà)框。在【Location of triad】下拉列表中選擇“No Shown”選項(xiàng)，如圖1所示，單擊OK按鈕。圖12、定義單元類(lèi)型定義單元類(lèi)型。執(zhí)行MainMenu>Preprocessor>Element Type>All/Edit/Delete命令，彈出【Element Types】對(duì)話(huà)框。單擊Add按鈕，彈出【Library of Element Types】對(duì)話(huà)框。在左右列表框中分別選擇“Structural Solid”和“Quad 4node182”選項(xiàng)，如圖2所示，單擊OK按鈕。圖2設(shè)置單元選項(xiàng)。

4、在【Element Types】對(duì)話(huà)框中單擊Options按鈕，彈出【PLANE42 element type options】對(duì)話(huà)框，如圖3所示。在【Element behavior】下拉列表框中選擇“Axisymmetric”選項(xiàng)，單擊OK按鈕，單擊【Element Types】對(duì)話(huà)框中的Close按鈕。圖33、定義材料屬性定義線(xiàn)彈性材料屬性。執(zhí)行MainMenu>Preprocessor>Material Props>Material Model命令，彈出【Define Material Models Behavior】窗口。雙擊【Material Models Ava

5、ilable】列表框中的“SStructuralLinearElasticIsotropic”選項(xiàng)，彈出【Linear Isotropic Properties for Material Number 1】對(duì)話(huà)框。在【EX】和【PRXY】文本框中分別輸入“7.0E10”及“0.325”，單擊OK按鈕。定義和填充多線(xiàn)性隨動(dòng)強(qiáng)化數(shù)據(jù)表。雙擊【Define Material Models Behavior】窗口【Material Models Available】列表框中的“StructuralNonlinearInelastic>Rate Independent>Kinematic H

6、ardening Plasticity>Mises Plasticity>Multilinear(General)”選項(xiàng)，彈出如圖4所示的【Multilinear Kinematic Hardening for Material Number 1】對(duì)話(huà)框。3次單擊Add Point按鈕，將應(yīng)力應(yīng)變對(duì)應(yīng)關(guān)系輸入相應(yīng)的文本框中。單擊Graph按鈕可繪制應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系圖，如圖5所示，單擊OK按鈕。執(zhí)行Masterial>Quit命令，完成材料屬性設(shè)置。圖4圖54、建立幾何模型生成矩形面。執(zhí)行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create&

7、gt;Areas>Rectangle>By Dimensions命令，彈出【Create Rectangle by Dimensions】對(duì)話(huà)框。在【X-coordinates】文本框中輸入“0,0.05”，在【Y-coordinates】文本框中輸入“0,0.065”，單擊Apply按鈕。在【X-coordinates】文本框中輸入“0.05,0.65”，在【Y-coordinates】文本框中輸入“0,0.065”，單擊OK按鈕。打開(kāi)面編號(hào)控制。執(zhí)行Utility Menu>PlotCtrls>Numbering命令，彈出【Plot Numbering Contro

8、ls】對(duì)話(huà)框。選擇【Areas numbers】復(fù)選框，在【Numbering shown with】下拉列表框中選擇“Colors&numbers”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。面顯示操作。執(zhí)行Utility Menu>Plot>Areas命令，結(jié)果如圖6所示。圖6保存數(shù)據(jù)。單擊ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按鈕。5生成有限元模型布爾操作。執(zhí)行Main Menu>preprocessor>Modefing>Operate>Booleans>Glue>Areas命令，彈出拾取框。拾取A1和A2，單擊OK按鈕。打開(kāi)線(xiàn)編號(hào)控制。執(zhí)行Uti

9、lity Menu>PlotCtrls>Numbering命令，彈出【Plot Numbering Controls】對(duì)話(huà)框。選擇【Areas numbers】復(fù)選框，在【Numbering shown with】下拉列表框中選擇“Colors&numbers”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。線(xiàn)顯示操作。執(zhí)行Utility Menu>Plot>Lines，結(jié)果如圖7所示。圖7單元尺寸控制（均勻段）。執(zhí)行Main Menu>preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picken Li

10、nes命令，彈出拾取框。拾取L1和L3，單擊OK按鈕，彈出【Element Size on Picken Lines】對(duì)話(huà)框，如圖8所示。在【No.of element divisions】文本框中輸入“3”，清除【KYNDIV SIZE,NDIV can be changed】復(fù)選框，單擊Apply按鈕。拾取L2，L4和L6，單擊OK按鈕，彈出【Element Size on Picken Lines】對(duì)話(huà)框。在【No.of element divisions】文本框中輸入“4”，清除【KYNDIV SIZE,NDIV can be changed】復(fù)選框，單擊Apply按鈕。圖8單元尺寸控

11、制（非均勻段）。拾取編號(hào)為L(zhǎng)9和L10的線(xiàn)條，彈出【Element Size on Picken Lines】對(duì)話(huà)框。在【No.of element divisions】和【SPACE】文本框中分別輸入“20”及“2”，清除【KYNDIV SIZE,NDIV can be changed】復(fù)選框，單擊OK按鈕。網(wǎng)格劃分。執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Mapped>3or4 sided命令，彈出拾取框。單擊Pick All按鈕，顯示的網(wǎng)格如圖9所示。圖9設(shè)置耦合。執(zhí)行Main Menu>Prepr

12、ocessor>Coupling/Ceqn>Couple DOFs命令，彈出拾取框。選擇節(jié)點(diǎn)9，然后依次選擇節(jié)點(diǎn)11，10和5。單擊OK按鈕，彈出【Define Couple DOFs】對(duì)話(huà)框，如圖10所示。在【Set reference number】文本框中輸入“1”，在【Degree-of-freedom label】下拉列表框中選擇“UY”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。這樣全部耦合頂部節(jié)點(diǎn)的Y方向位移，顯示結(jié)果如圖11所示。圖10圖11保存數(shù)據(jù)。單擊ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按鈕。6、定義分析類(lèi)型和設(shè)置選項(xiàng)定義分析類(lèi)型。執(zhí)行Main Menu>Solution

13、>Analysis Type>New Analysis命令，彈出【New Analysis】對(duì)話(huà)框。選擇“Static”單選按鈕，單擊OK按鈕。打開(kāi)預(yù)測(cè)器。執(zhí)行Main Menu>Solution>Analysis Type>Soln Controls命令，彈出【Solution Controls】對(duì)話(huà)框，如圖12所示。選擇【Nonlinear】選項(xiàng)卡，在【DOF solution predictor】下拉列表框中選擇“On for aii substep”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。設(shè)置求解選項(xiàng)控制。執(zhí)行Main Menu>Solution>Analysis

14、 Type>Soln Controls命令，彈出【Solution Controls】對(duì)話(huà)框。在【Analysis Options】和【Frequency】下拉列表框中分別選擇“Large Displacement Static”及“Write every substep”選項(xiàng)，在【Time at end of loadstep】文本框中輸入“1e-6”，在【Number of substeps】文本框中輸入“1”如圖13所示，單擊OK按鈕。圖12圖137、施加約束條件及載荷施加約束條件。執(zhí)行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply&g

15、t;Structural>Displacement>On Lines命令，彈出拾取框。拾取L4，單擊OK按鈕彈出【Apply U,ROT on Lines】對(duì)話(huà)框。在【DOFs to be contrained】列表框中選擇“UX”選項(xiàng)，單擊Apply按鈕。拾取L1和L9，單擊OK按鈕彈出【Apply U,ROT on Lines】對(duì)話(huà)框。在【DOFs to be contrained】列表框中選擇“UY”選項(xiàng)，單擊OK按鈕，結(jié)果如圖14所示。如果彈出警告信息，單擊Close按鈕。施加集中載荷。執(zhí)行Main Menu>Solution>Define Loads>A

16、pply>Structural>Force/Moment>On Nodes命令，彈出拾取框。拾取編號(hào)為9的節(jié)點(diǎn)（左上角），單擊OK按鈕彈出【Apply F/M on Nodes】對(duì)話(huà)框，如圖15所示。在【Direction of force/mom】下拉列表框中選擇“FY”選項(xiàng)，打擊OK按鈕。圖14圖158、載荷步選項(xiàng)控制及求解運(yùn)算寫(xiě)入第一個(gè)載荷步。執(zhí)行Main Menu>Solution>Load Step Opts>Write LS File命令，彈出【W(wǎng)rite Load Step File】對(duì)話(huà)框。在【Load step file number n】

17、文本框中輸入“1”，單擊OK按鈕。設(shè)置求解選項(xiàng)控制。執(zhí)行Main Menu>Solution>Analysis Type>Soln Controls命令，彈出【Solution Controls】對(duì)話(huà)框。在【Analysis Options】、【Automatic time stepping option】和【Frequency】下拉列表框中分別選擇“Large Displacement Static”、“On”及“Write every substep”選項(xiàng)，在【Time at end of load step】和【Number of substeps】文本框中分別輸入“1

18、”及“10”，打你OK按鈕。施加集中載荷。執(zhí)行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes命令，彈出拾取框。拾取編號(hào)為9的節(jié)點(diǎn)（左上角），單擊OK按鈕，彈出【Apply F/M on Nodes】對(duì)話(huà)框。在【Direction of force/mom】下拉列表框中選擇“FY”選項(xiàng)，在【Load TEmP value】文本框中輸入“-6000”，單擊OK按鈕。寫(xiě)入第二個(gè)載荷步。執(zhí)行Main Menu>Solution>Load Step Opts>

19、;Write LS File命令，彈出【W(wǎng)rite Load Step File】對(duì)話(huà)框。在【Load step file number n】文本框中輸入“2”，單擊OK按鈕。設(shè)置求解選項(xiàng)控制。執(zhí)行Main Menu>Solution>Analysis Type>Soln Controls命令，彈出【Solution Controls】對(duì)話(huà)框。在【Analysis Options】、【Automatic time stepping option】和【Frequency】下拉列表框中分別選擇“Large Displacement Static”、“On”及“Write ever

20、y substep”選項(xiàng)，在【Time at end of load step】和【Number of substeps】文本框中分別輸入“2”及“10”，單擊OK按鈕。施加集中載荷。執(zhí)行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes命令，彈出拾取框。拾取編號(hào)為9的節(jié)點(diǎn)（左上角），單擊OK按鈕，彈出【Apply F/M on Nodes】對(duì)話(huà)框。在【Direction of force/mom】下拉列表框中選擇“FY”選項(xiàng)，在【Load TEmP value】文本框

21、中輸入“750”，單擊OK按鈕。寫(xiě)入第三個(gè)載荷步。執(zhí)行Main Menu>Solution>Load Step Opts>Write LS File命令，彈出【W(wǎng)rite Load Step File】對(duì)話(huà)框。在【Load step file number n】文本框中輸入“3”，單擊OK按鈕。設(shè)置求解選項(xiàng)控制。執(zhí)行Main Menu>Solution>Analysis Type>Soln Controls命令，彈出【Solution Controls】對(duì)話(huà)框。在【Analysis Options】、【Automatic time stepping opti

22、on】和【Frequency】下拉列表框中分別選擇“Large Displacement Static”、“On”及“Write every substep”選項(xiàng)，在【Time at end of load step】和【Number of substeps】文本框中分別輸入“3”及“10”，單擊OK按鈕。執(zhí)行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes命令，彈出拾取框。拾取編號(hào)為9的節(jié)點(diǎn)（左上角），單擊OK按鈕，彈出【Apply F/M on Nodes】對(duì)話(huà)框

23、。在【Direction of force/mom】下拉列表框中選擇“FY”選項(xiàng)，在【Load TEmP value】文本框中輸入“-6000”，單擊OK按鈕。寫(xiě)入第四個(gè)載荷步。執(zhí)行Main Menu>Solution>Load Step Opts>Write LS File命令，彈出【W(wǎng)rite Load Step File】對(duì)話(huà)框。在【Load step file number n】文本框中輸入“4”，單擊OK按鈕。保存數(shù)據(jù)。單擊ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按鈕。求解問(wèn)題。執(zhí)行Main Menu>Solution>Solve>From L

24、S File命令，彈出如圖16所示的【Solve Load Step Flies】對(duì)話(huà)框。在【LSMIN】和【LSMAX】文本框中分別輸入“1”及“4”，單擊OK按鈕開(kāi)始求解。求解完畢彈出【Solution is done】對(duì)話(huà)框，單擊Close按鈕。圖169、通用后處理總位移顯示。執(zhí)行Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Soluation命令，彈出【Contour Nodal Solution Data】對(duì)話(huà)框，如圖17所示。在【Item to be contoured】左右列表框中選擇

25、“DOF solution”和“Displacement vector sum”選項(xiàng)，并選擇“Deformed shape with undeformed edge”選項(xiàng)。單擊OK按鈕，結(jié)果如圖18所示。圖17圖18讀入第三個(gè)載荷步。執(zhí)行Main Menu>General Postproc>Read Results>By LoadStep命令，彈出【Read Results By Load Step Number】對(duì)話(huà)框，如圖19所示。在【LSTEP】文本框中輸入“3”，單擊OK按鈕。圖19重新顯示。執(zhí)行Utility Menu>Plot>Replot命令，結(jié)果如

26、圖20所示。圖2010、時(shí)域后處理定義位移變量。執(zhí)行Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables命令，彈出【Define Time-History Variable】對(duì)話(huà)框。單擊Add按鈕，彈出【Add Time-History Variable】對(duì)話(huà)框，如圖21所示。單擊OK按鈕，彈出一個(gè)拾取框。拾取編號(hào)為9的節(jié)點(diǎn)（加載處），單擊OK按鈕彈出【Define Nodal Data】對(duì)話(huà)框。在【Name】文本框中輸入“UY9”，在【Item,Comp data item】右列表框中選擇“UY”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。圖21定義反作用力變量。單擊【

27、Define Time-History Variable】對(duì)話(huà)框中的Add按鈕，彈出【Add Time-History Variable】對(duì)話(huà)框。選擇“Reaction force”單選按鈕，單擊ok按鈕彈出一個(gè)拾取框。拾取編號(hào)為的節(jié)點(diǎn)（原點(diǎn)位置），單擊OK按鈕彈出【Define Nodal Data】對(duì)話(huà)框。在【Name】文本框中輸入“FY1”，在【Item,Comp data item】右列表框中選擇“FY”選項(xiàng)。單擊OK按鈕，單擊Close按鈕關(guān)閉【Define Time-History Variable】對(duì)話(huà)框。繪制位移時(shí)程圖。執(zhí)行Main Menu>Timehist Postpro>Graph Varibles命令，彈出【Graph Time-History Variable】對(duì)話(huà)框，如圖22所示。在【1st variable to graph】文本框中輸入“2”，單擊OK按鈕，結(jié)果如圖23所示。圖22圖23定義坐標(biāo)標(biāo)題。執(zhí)行