ANSYS與ABAQUS實(shí)例比較 | 矩形截面簡支梁的彈塑性分析

一跨度為2米,高0.2米的矩形截面梁,在上面受到8MPa的豎直向下的均布載荷。梁的左下端是固定鉸支座,右下端是滾動(dòng)支座。材料為理想的彈塑性材料,彈性模量是200GPa,泊松比為0.3,屈服應(yīng)力是380MPa。現(xiàn)在要求對(duì)該梁做靜力學(xué)分析,以考察加力后梁上的應(yīng)力分布,以及塑性應(yīng)變。

1. 這是一個(gè)材料非線性問題,材料是理想的彈塑性。這意味著它在開始是線彈性,當(dāng)越過屈服點(diǎn)后,應(yīng)力就保持不變,而只是變形持續(xù)增加。

2. 從題目來看,該問題可以用一個(gè)平面應(yīng)力問題來考慮。這就是說,忽略梁的厚度方向的應(yīng)力。

1. 創(chuàng)建部件

二維平面應(yīng)力問題,所以生成一個(gè)二維平面的部件。繪制一個(gè)矩形(2*0.2)如下圖

2. 定義材料屬性和截面屬性

首先定義彈性屬性

再定義塑性部分,當(dāng)塑性應(yīng)變是0時(shí),其屈服應(yīng)力是380Mpa

此時(shí)材料成為彈塑性材料

然后定義截面屬性

這意味著它是均質(zhì)的實(shí)體截面。

最后將該截面屬性指定到部件。

3. 生成裝配體

唯一的部件,根據(jù)它生成裝配體。

4. 創(chuàng)建分析步

創(chuàng)建一個(gè)靜力學(xué)分析步。

5. 定義載荷和邊界條件

在初始載荷步中定義兩個(gè)邊界條件

(1)左下角點(diǎn)----固定鉸支座

(2)右下角點(diǎn)----滾動(dòng)支座

在通用靜力學(xué)分析步中定義分布載荷

最后結(jié)果如下圖

6. 劃分網(wǎng)格

使用CPS4R平面應(yīng)力單元

指定單元尺寸為0.05m

最后劃分網(wǎng)格如下

7. 提交作業(yè)

創(chuàng)建作業(yè)并提交分析

8. 后處理

查看米塞斯應(yīng)力

可見,中間一部分均進(jìn)入到屈服狀態(tài),而兩邊還沒有達(dá)到屈服。

查看等效塑性應(yīng)變

可見中間部分等效塑性應(yīng)變大于0,材料發(fā)生了屈服。

1.創(chuàng)建靜力學(xué)分析

設(shè)置分析類型為2D分析

2.設(shè)置材料屬性

設(shè)置彈性模量為2e11Pa,泊松比為0.3,設(shè)置塑性行為,選擇塑性為雙線性等向強(qiáng)化模型,設(shè)置屈服強(qiáng)度為380MPa,切線模量為0,也就是理想的彈塑性模型材料。

3.創(chuàng)建幾何模型

創(chuàng)建一個(gè) 2m x 0.2m 的長方形。

4.賦予塑性材料屬性

5.劃分網(wǎng)格

設(shè)置網(wǎng)格尺寸為0.05m。

6.施加位移邊界

約束左下角點(diǎn)的x,y方向位移和約束右下角點(diǎn)的y方向位移。

7.施加載荷邊界

在上面的線上施加豎直向下的均布載荷,大小為8MPa。

8.保持默認(rèn)的求解算法設(shè)置進(jìn)行求解

這時(shí),我們發(fā)現(xiàn)求解并不收斂,查看求解信息,我們可以看到,由于47號(hào)節(jié)點(diǎn)在UY的位移值為4033815.42m,該值大于軟件設(shè)置的最大位移上限值,提示我們檢查約束設(shè)置,可能是產(chǎn)生了剛性位移。然而對(duì)于這個(gè)問題來說,并不是約束不足而產(chǎn)生的剛性位移,而最大可能就是材料非線性的求解算法問題,但是在ANSYS中修改其他算法,皆無法求解收斂。下面將修改壓力值看看是否收斂。

9.再次進(jìn)行求解

減少均布?jí)毫χ禐?MPa,再次進(jìn)行求解,這時(shí)我們發(fā)現(xiàn),這次是可以求解收斂。

查看等效應(yīng)力,最大值為410.47MPa。

查看等效應(yīng)變。

(1)在理想的彈塑性材料模型下,當(dāng)施加的載荷過大時(shí),ANSYS求解很難收斂,而ABAQUS求解容易收斂。

(2)在查看米塞斯應(yīng)力時(shí),ANSYS中最大的米塞斯應(yīng)力值大于設(shè)置的屈服強(qiáng)度值,而在ABAQUS中最大的米塞斯應(yīng)力值剛好等于設(shè)置屈服強(qiáng)度值,這說明二者在危險(xiǎn)點(diǎn)所采用應(yīng)力準(zhǔn)則可能是不一樣的,就是說,ANSYS是否是用危險(xiǎn)點(diǎn)的最大正應(yīng)力在與屈服應(yīng)力比較,而ABAQUS則是用危險(xiǎn)點(diǎn)的米塞斯應(yīng)力與屈服應(yīng)力在比較。

從這個(gè)實(shí)例看出,ANSYS在材料非線性求解算法方面確實(shí)沒有ABAQUS算法好,當(dāng)然,有可能是本人水平有限,并沒有在ANSYS中找到合適的方法來求解收斂,這里歡迎各位CAE朋友多多指教!