ansys蠕變1

ANSYS結(jié)構(gòu)非線性分析指南連載四

發(fā)表時(shí)間:2007-7-25 作者: 安世亞太 來源: e-works

關(guān)鍵字: ANSYS結(jié)構(gòu)非線性分析材料非線性分析

 

4.4.2.2 顯式蠕變方法

顯式蠕變方法求解蠕應(yīng)變使用了歐拉朝前法,以時(shí)間步開始時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)計(jì)算出蠕應(yīng)變率,在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi),蠕應(yīng)變率被假定是常數(shù),因此有:

使用這種方法所對(duì)應(yīng)的蠕應(yīng)變曲線如下:

圖4-21 顯式蠕變對(duì)應(yīng)的蠕應(yīng)變曲線

為了減小誤差,需要小的時(shí)間步長(zhǎng),特別是在蠕應(yīng)變率變化很大的區(qū)域。

蠕應(yīng)變率越小,結(jié)果越精確。一個(gè)等于或小于0.1的蠕變率將產(chǎn)生相當(dāng)精確的結(jié)果。如果步長(zhǎng)太大,求解將變得不穩(wěn)定,并且不收斂,穩(wěn)定極限對(duì)應(yīng)于0.25的蠕應(yīng)變率。

對(duì)于在第二期蠕變階段蠕變較小的情況,歐拉朝前法是一種十分有效的方法,對(duì)于蠕應(yīng)變較大的情況,這種方法需要時(shí)間步長(zhǎng)很小,對(duì)于高度非線性蠕變應(yīng)變-時(shí)間曲線,在應(yīng)用顯式蠕變方法時(shí),必須應(yīng)用小的時(shí)間步。如果時(shí)間步小于1E-6,則不計(jì)算蠕變應(yīng)變。若需自動(dòng)調(diào)整時(shí)間步到合適的值,可以應(yīng)用蠕變時(shí)間步優(yōu)化選項(xiàng)[ AUTOTS 和 CRPLIM ]。

如果沒有其它的非線性行為則:

l 只在每一個(gè)子步的開始修正蠕應(yīng)變率,在此子步內(nèi)將不再變化。

l 不執(zhí)行牛頓-拉普森迭代,因此,求解精度依賴于時(shí)間步長(zhǎng)。

如果有其它的非線性行為則有:

l 既然蠕應(yīng)變影響應(yīng)力分布(反過來應(yīng)力分布又影響蠕變率),因此在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)都要進(jìn)行牛頓-拉普森迭代

l 缺省情況下,使用初始剛度的牛頓-拉普森選項(xiàng)(總是使用彈性剛度矩陣)。

l 既然時(shí)間步長(zhǎng)很小,使用切線矩陣并不能使求解過程更有效。

顯式蠕變方法的基本步驟,包括應(yīng)用 TB 命令( Lab =CREEP),選擇蠕變方程(用 TBDATA 命令的參數(shù)加入適當(dāng)?shù)某?shù))。 TBOPT 為0或者為空白。下例是應(yīng)用顯式蠕變方法的輸入。請(qǐng)注意,所有常數(shù)是作為 TBDATA 命令的參數(shù)加入的,而且無溫度相關(guān)性。

TB,CREEP,1

TBDATA,1,C1,C2,C3,C4, ,C6

ANSYS程序中具有一個(gè)蠕變方程庫(kù)供你選擇,你可以根據(jù)材料特性選擇相應(yīng)的蠕變準(zhǔn)則,也就是說,在ANSYS程序中,建立了某些特定材料的特定蠕變準(zhǔn)則,特別是那些用于原子能工業(yè)方面的材料(例如304和316不銹鋼,2 1/4 Cr-1錳低鋁鋼),另外,用戶還可以建立自己的蠕變準(zhǔn)則,應(yīng)用程序的可編程特性加入用戶蠕變表達(dá)式,見《ANSYS Guide to User Programmable Fealares》。

可通過數(shù)據(jù)表來輸入蠕變材料常數(shù):

Main Menu: Preprocessor>Material Props>Material Models

通過輸入 的值進(jìn)入到初始蠕變的計(jì)算,如果 將略過蠕變計(jì)算。通過輸入 的值進(jìn)入到第二期蠕變階段的計(jì)算,如果 將略過此階段的計(jì)算,如果使用選項(xiàng) =9、10、11、13、14或15來進(jìn)行初始蠕變的計(jì)算,由于在它們的公式中包括了第二期蠕變的計(jì)算,故第二期蠕變的計(jì)算被略過,通過輸入 的值進(jìn)入到輻射引起的蠕變計(jì)算,通過輸入 =100,進(jìn)入到用戶自己定義蠕變準(zhǔn)則的計(jì)算。下面我們?cè)敿?xì)說明一下ANSYS程序所提供的蠕變準(zhǔn)則。

· 時(shí)的初始蠕變方程。

=等效應(yīng)變(以修改的總應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ))

=等效應(yīng)力

T=絕對(duì)溫度(所有給定溫度加上TOFFST)

t=在子步結(jié)束的時(shí)間

e=自然對(duì)數(shù)的底數(shù)

· 時(shí)的初始蠕變方程

· 時(shí)的初始蠕變方程。

· 的初始蠕變方程, 適用于退火304不銹鋼:

可以使用幾種不同的蠕變方程來計(jì)算

雙指數(shù)蠕變方程

為了使用下面的雙指數(shù)蠕變方程來計(jì)算 ,輸入

Psi(缺省) Psi(缺省)

S,r, ,G和H是溫度和應(yīng)力的函數(shù)。

對(duì)于退火304不銹鋼,當(dāng)溫度在800 -1100 時(shí),上面的雙指數(shù)方程是有效的,上式中的前兩項(xiàng)描述了初始蠕變,最后一項(xiàng)描述了第二期蠕變。

為了使用這個(gè)方程,輸入一個(gè)非零的 值, , , 。溫度應(yīng)該使用 (或 且TOFFST=460.0),如果溫度低于有效范圍,則不計(jì)算蠕變,時(shí)間以小時(shí)為單位,應(yīng)力使用Psi,有效的應(yīng)力范圍為6000-25000Psi。

使用公制單位的標(biāo)準(zhǔn)有理多項(xiàng)式蠕變方程( =1)

為了使用公制單位的標(biāo)準(zhǔn)有理多項(xiàng)式蠕變方程來計(jì)算 ,輸入

c=初始蠕應(yīng)變的幾極值

p=初始蠕變的時(shí)間因子

=第二期蠕變階段的蠕變率(最小蠕變率)

對(duì)于退火的304不銹鋼,當(dāng)溫度在427 -704 時(shí),上面的標(biāo)準(zhǔn)有理多項(xiàng)式蠕變方程是有效的,上式中第一項(xiàng)描述了初始蠕變,最后一項(xiàng)描述了第二期蠕變。

為了使用上面的方程,輸入 =1.0, =1.0, =9.0和 =0.0,溫度必須用 為單位(TOFFST=273),如果溫度低于有效范圍,則不計(jì)算蠕變,時(shí)間以小時(shí)為單位,應(yīng)力用Mpa。

通過選擇 的值來控制蠕變的強(qiáng)化準(zhǔn)則, =0.0,選擇時(shí)間強(qiáng)化. =1.0選擇總的蠕應(yīng)變強(qiáng)化, =2.0選擇初始蠕變強(qiáng)化。

使用英制單位的有理多項(xiàng)式蠕變方程( =2.0)

為了在英制單位下使用上面的標(biāo)準(zhǔn)有理多項(xiàng)式蠕變方程,輸入 =2.0。此時(shí)溫度應(yīng)以 為單位(TOFFST=460),應(yīng)力為PSI,有效溫度范圍為800-1300 。

· =10的初始蠕變方程。 適用于退火316不銹鋼:

與退火304不銹鋼相同,也可以使用幾種不同的蠕變方程來計(jì)算 。

=0時(shí)的雙指數(shù)蠕變方程。

使用與退火的304不鋼相同的雙指數(shù)蠕變方程( =9.0, =0.0),與退火304不銹鋼所用方程不同的是有效應(yīng)力范圍為4000-30000PSI, 缺省為4000PSI, 缺省為30000PSI。

使用公制單位的標(biāo)準(zhǔn)有理多項(xiàng)式蠕變方程( =1.0)

與 所描述的退火304不銹鋼所用的標(biāo)準(zhǔn)有理多項(xiàng)式蠕變方程( =9.0, =1.0)相同。不同的是:其有效溫度范圍是482-704 。

使用英制單位的有理多項(xiàng)式蠕變方程( =2.0)

與 所描述的相同,所不同的是:溫度必須以F為單位,TOFFST=460,應(yīng)力以PSI為單位,且有效范圍為0.0-24220PSI,溫度范圍為900-1300 。

· =11的初始蠕變方程。

適用于退火2 1/4 Cr-1 Mo 低合金鋼

可以使用幾種不同的蠕變方程來計(jì)算 。

修改的有理多項(xiàng)式蠕變方程( =0.0)

為了使用下面修改的有理多項(xiàng)式蠕變方程來計(jì)算 ,需輸入 =0.0:

A、B、 是溫度和應(yīng)力的函數(shù)。

對(duì)2 1/4 Cr-1 Mo低合含鋼,當(dāng)溫度在700-1100 范圍內(nèi)時(shí),修改的有理多項(xiàng)式方程是有效的,第一項(xiàng)描述了初始蠕變,第二項(xiàng)描述了第二期蠕變。

為了使用上式須輸入 =1.0, , =11.0和 =0.0溫度必須以 為單位(或以 為單位且TOFFST=460.0),時(shí)間以小時(shí)為單位,應(yīng)力以PSI為單位,有效應(yīng)力范圍是1000-65000PSI。

公制單位的標(biāo)準(zhǔn)有理多項(xiàng)式蠕變方程( =1.0)

c=初始蠕應(yīng)變的極值

p=初始蠕變時(shí)間因子

=第二期蠕變階段的蠕應(yīng)變率

對(duì)退火的2 1/4 Cr-1 Mo 低合金鋼,當(dāng)溫度371 -593 ,上式是有效的。

為了使用上式,輸入 =1.0, =1.0, =11.0和 =0.0。溫度以 為單位,TOFFST=273。時(shí)間用小時(shí)為單位,應(yīng)力為Mpa,強(qiáng)化準(zhǔn)則與 =9.0所使用的相同。

英制單位的有理多項(xiàng)式蠕變方程( =2.0)

與標(biāo)準(zhǔn)有理多項(xiàng)式蠕變方程相同,除了溫度以 為單位,TOFFST=460,應(yīng)力為PSI,有效溫度范圍為700-1100 。

=12的初始蠕變方程

=比例常數(shù)

M、N、K=溫度函數(shù)

:描述M、N、K函數(shù)的溫度值的個(gè)數(shù)

:第一個(gè)絕對(duì)溫度值

:第二個(gè)絕對(duì)溫度值

:第 個(gè)絕對(duì)溫度的值

+1:第一個(gè)M的值

:第 個(gè)M的值

+1:第一個(gè)N的值

:第 個(gè)N的值

+1:第一個(gè)K的值

??

系數(shù)隨溫度而變的冪函數(shù)蠕變準(zhǔn)則與 =1的方程相似,但 , , , 。溫度必須以降序輸入。

=13的初始蠕變方程

=積累的蠕應(yīng)變

A=

B=

C=

常數(shù) 應(yīng)該輸入0, 不應(yīng)該輸入0。

ANSYS結(jié)構(gòu)非線性分析指南連載四

發(fā)表時(shí)間:2007-7-25 作者: 安世亞太 來源: e-works

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=14的初始蠕變方程

對(duì)于退火的316不銹鋼,當(dāng)溫度為800 -1300 ,上面的蠕變方程有效。為了使用上式,輸入 =1.0和 =14.0。溫度采用 (或用 且TOFFST=460,時(shí)間以小時(shí)為單位,常數(shù)僅適用于英制單位,應(yīng)力范圍為0.0-45000PSI。

=15 的初始蠕變方程。

一般材料的有理多項(xiàng)式蠕變方程:

上面的有理多項(xiàng)式蠕變方程是標(biāo)準(zhǔn)有理多項(xiàng)式蠕變方程 和11.0( =1.0和2.0的一般形式,對(duì)于等溫情況,此方程變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)方程,強(qiáng)化準(zhǔn)則與 =9.0的情況相同。

=100的標(biāo)準(zhǔn)蠕變方程。

通過輸入 =100建立用戶自已定義的蠕變方程。

=0的第二期蠕變方程

=等效應(yīng)力

T=絕對(duì)溫度

t=時(shí)間

=1的等二期蠕變方程

=5的由輻射引起的蠕變方程

=等效應(yīng)力

=中子通量

對(duì)于冷加工的316不銹鋼,當(dāng)溫度在700-1300 時(shí),上式有效。

4.4.3 蠕變分析實(shí)例

4.4.3.1 問題描述

一塊矩形板,其左端固定,而右端被拉伸至某一固定位置,然后保持在此位置不動(dòng)。試分析板中應(yīng)力隨時(shí)間的變化。

4.4.3.2 問題詳細(xì)說明

材料特性:

Ex=2e5

(泊松比)=0.3

C6=0的顯式初始蠕變方程:

C1=4.8e-23

C2=7

幾何特性:

L=100

H=10

圖4-22 問題描述圖

4.4.3.3 求解步驟(GUI方法)

步驟一:建立計(jì)算所需要的模型

在這一步中,建立計(jì)算分析所需要的模型,包括定義單元類型,創(chuàng)建結(jié)點(diǎn)和單元,并將數(shù)據(jù)庫(kù)保存為“creep.db”,在此對(duì)這一過程不再詳細(xì)。

步驟二:恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)文件 “ creep.db ”

utility menu>file>Resume from

步驟三:定義材料性質(zhì)

1、選“Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models”。出現(xiàn)“Define Material Model Behavior”對(duì)話框,選擇Material Model Number 1。

2、在“Material Models Available”窗口,雙擊“Structural->Linear->Elastic-> Isotropic”。出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框。

3、對(duì)楊氏模量(EX)鍵入2e5 。

4、對(duì)泊松比(NUXY)鍵入0.3。

5、單擊OK。

步驟四:定義creep數(shù)據(jù)表并輸入相應(yīng)值

1、在“Material Models Available”窗口,雙擊Structural->Nonlinear->Inelastic->Rate Dependent->Creep->Creep Only->Mises Potential->Explicit,出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框。

2、在對(duì)話框表格中的C1,C2位置輸入相應(yīng)值(C1=4.8e-23,C2=7)。

3、單擊OK

4、退出“Define Material Model Behavior”對(duì)話框。

步驟五:進(jìn)入求解器

選擇菜單路徑Main Menu>Solution

步驟六:加載

根據(jù)所給條件,施加適當(dāng)?shù)募s束和載荷。在此不作詳述,參考命令流文件。

步驟七:定義分析類型:

1、選擇菜單路徑Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis.

2、單擊“Static”來選中它然后單擊OK。

步驟八:設(shè)置輸出控制選項(xiàng)

1、選擇菜單路徑:Main Menu >Solution>Unabridged Menu >Load step opts-Output ctrls> Solu printout。對(duì)話框出現(xiàn)

2、在“Item”中,選擇“all items”

3、對(duì)“FREQ”,選擇“Every Substep”

4、單擊OK

5、選擇菜單路徑:Main Menu > Solution>Unabridged Menu >Load step opts-Output ctrls > DB/Results File。對(duì)話框出現(xiàn)。

6、在“Item”中,選擇“all items”

7、對(duì)“FREQ”,選擇“Every Substep”

8、單擊OK

步驟九:設(shè)置載荷步選項(xiàng)

1、選擇菜單路徑Main Menu> Solution>Unabridged Menu>Load step opts-Time/Frequenc> Time and substps。對(duì)話框出現(xiàn)。

6、對(duì)“Time”(載荷步終止時(shí)間)鍵入10000

7、對(duì)“NSUBST”(子步數(shù)) 輸入100

8、將“KBC”(加載方式)設(shè)置為Stepped

步驟十:進(jìn)行求解

步驟十一:進(jìn)行后處理

4.4.3.4 求解步驟(命令流方法)

fini

/cle

l=100

h=30

n1=10

n2=3

/prep7

et,1,42

rect,0,l,0,h

lsel,s,loc,y,0

lesize,all,,,n1

lsel,s,loc,x,0

lesize,all,,,n2

mshkey,1

mshape,0,2d

amesh,all

save,creep,db

resume,creep,db

mp,ex,1,2e5

mp,prxy,0.3

TB,CREEP,1

TBDATA,1,4.8E-23,7 ! CREEP PROPERTIES

/solu

nsel,s,loc,x,0

d,all,all

nsel,s,loc,x,l

d,all,ux,0.1

alls

BFUNIF,TEMP,900 ! UNIFORM TEMPERATURE

TIME,10000

KBC,1

NSUBST,100

OUTPR,all,all

OUTRES,all,all

alls

SOLVE

fini