单杆拉伸实验有限元作业文档格式.docx
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大连理工大学
DalianUniversityofTechnology
1问题描述
单轴拉伸实验是最基本也是最重要的材料力学性能实验,此实验包含了材料的弹性伸长和塑性变形。
用大变形弹塑性有限元方法模拟切口试样的拉伸过程,分析其最小横截面上的应力、应变分布特点,来研究材料力学行为。
2建立几何模型
根据GB228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》,其中参考图形,如图1所示
图1杆件拉伸实验参考图
其中
=50mm,
=55mm,
=85mm,d=10mm,为了简化计算,建立如图2的1/4平面模型,为了更好地产生颈缩现象,并在模型中部设置豁口。
图2杆件几何模型图3杆件有限元模型
3材料特性和有限元模型
3.1材料特性
本试件采用45#钢,其中弹性模量E=210e3MPa,屈服强度
=355MPa,抗拉强度
=600MPa。
利用ansys做大变形分析,将材料模型简化为弹塑性强化模型,并采用双向等向强化准则,其中Tangmod设置为0,材料应力-应变曲线如图4所示。
图445#钢应力-应变曲线图5模型边界条件
3.2有限元模型
为了便于计算,考虑到模型的对称性,选用plane182单元,在options中设置axisymmetric,然后划分网格如图3所示。
4载荷设置和求解
4.1载荷设置
考虑到模型的对称,在图5施加对称边界条件。
因为本次试验是要让杆件产生大变形,杆件会产生塑性变形,力载荷不容易控制,所以施加位移载荷,在杆件的端部施加disp=15mm移载荷。
4.2非线性设置
在求解控制器的分析类型中将大变形打开,在时间控制中设置载荷步的终端时间为1,打开自动时间步,载荷子步设置为1000,在频率选项设置写入每一步子步。
4.3求解
5后处理
5.1通用后处理
通过求解,得杆件Y方向大变形云图,如图6所示
第四强度应力云图如图7所示
图7
图6
图8
5.2时间历程后处理
通过图8发现,杆件最大应力的时间历程与材料的特性曲线相似,且屈服强度大致符合45#的屈服强度。
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- 拉伸 实验 有限元 作业