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2017-03-18 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
4.2.1.3 強(qiáng)化準(zhǔn)則
強(qiáng)化準(zhǔn)則描述了初始屈服準(zhǔn)則隨著塑性應(yīng)變的增加是怎樣發(fā)展的。
一般來說,屈服面的變化是以前應(yīng)變歷史的函數(shù),在ANSYS程序中,使用了三種強(qiáng)化準(zhǔn)則:
等向強(qiáng)化是指屈服面以材料中所作塑性功的大小為基礎(chǔ)在尺寸上擴(kuò)張。對Mises屈服準(zhǔn)則來說,屈服面在所有方向均勻擴(kuò)張。見圖4-6。
圖4-6 等向強(qiáng)化時的屈服面變化圖
由于等向強(qiáng)化,在受壓方向的屈服應(yīng)力等于受拉過程中所達(dá)到的最高應(yīng)力。
隨動強(qiáng)化假定屈服面的大小保持不變而僅在屈服的方向上移動,當(dāng)某個方向的屈服應(yīng)力升高時,其相反方向的屈服應(yīng)力應(yīng)該降低。見圖4-7。
圖4-7 隨動強(qiáng)化時的屈服面變化圖
在隨動強(qiáng)化中,由于拉伸方向屈服應(yīng)力的增加導(dǎo)致壓縮方向屈服應(yīng)力的降低,所以在對應(yīng)的兩個屈服應(yīng)力之間總存一個
混合強(qiáng)化是等向強(qiáng)化和隨動強(qiáng)化的結(jié)合,屈服面不僅在大小上擴(kuò)張,而且還在屈服的方向上移動。見圖4-8。
圖4-8 混合強(qiáng)化時的屈服面變化圖
4.2.2 塑性材料選項
一些選項可用于描述塑性行為。用戶也可以應(yīng)用Ansys可編程特性在程序中加入其他特性。參見《ANSYS Guide to User Programmable Features》。
1、雙線性隨動強(qiáng)化(BKIN)選項
該選項假設(shè)總應(yīng)力范圍等于屈服應(yīng)力的二倍,以包括包辛格效應(yīng)(見圖4-10)。對于服從Von Misses屈服準(zhǔn)則的一般小應(yīng)變分析,建議用這一選項。不應(yīng)該應(yīng)用于大應(yīng)變分析。用戶可以用BKIN和HILL選項組合來模擬各向異性隨動強(qiáng)化塑性。應(yīng)力-應(yīng)變-溫度數(shù)據(jù)的示例如下。圖4-9說明了這種材料選項的典型顯示[TBPLOT]。
MPTEMP,1,0,500 ! Define temperatures for Young"s modulus
MP,EX,1,12E6,-8E3 ! C0 and C1 terms for Young"s modulus
TB,BKIN,1,2 ! Activate a data table
TBTEMP,0.0 ! Temperature = 0.0
TBDATA,1,44E3,1.2E6 ! Yield = 44,000; Tangent modulus = 1.2E6
TBTEMP,500 ! Temperature = 500
TBDATA,1,29.33E3,0.8E6 ! Yield = 29,330; Tangent modulus = 0.8E6
TBLIST,BKIN,1 ! List the data table
/XRANGE,0,0.01 ! X-axis of TBPLOT to extend from varepsilon=0 to 0.01
TBPLOT,BKIN,1 ! Display the data table
上面的命令MPTEMP,MP,TB,TBTEMP,TBDATA,TBLIST,/XRANGE和TBPLOT參見《ANSYS Commands Reference》。
圖4-9 (a)雙線性隨動強(qiáng)化;(b)多線性隨動強(qiáng)化
圖4-10 包辛格效應(yīng)
2、多線性隨動強(qiáng)化(KINH 和 MKIN)選項
這一選項應(yīng)用Besseling模型,也稱為子層或覆蓋模型,以包括包辛格效應(yīng)。KINH要比MKIN更好,因為前者允許用戶定義更多的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(40:5),并且每條曲線上允許定義更多的點(20:5)。對于這二個選項,如果用戶定義了多于一條應(yīng)力-應(yīng)變曲線(對于溫度相關(guān)特性),則每條曲線應(yīng)包含相同數(shù)目的點。其假設(shè)是,在不同應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的相應(yīng)點,代表一個特定的子層的溫度相關(guān)屈服行為。這兩個選項不建議用于大應(yīng)變分析。圖4-9也說明了典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(MKIN)。應(yīng)用KINH選項的典型應(yīng)力-應(yīng)變溫度數(shù)據(jù)如下:
TB,KINH,1,2,3 ! Activate a data table
TBTEMP,20.0 ! Temperature = 20.0
TBPT,,0.001,1.0 ! Stress = 0.001, Strain = 1.0
TBPT,,0.1012,1.2 ! Stress = 0.1012, Strain = 1.2
TBPT,,0.2013,1.3 ! Stress = 0.2013, Strain = 1.3
TBTEMP,40.0 ! Temperature = 40.0
TBPT,,0.008,0.9 ! Stress = 0.008, Strain = 0.9
TBPT,,0.09088,1.0 ! Stress = 0.09088, Strain = 1.0
TBPT,,0.12926,1.05 ! Stress = 0.12926, Strain = 1.05
在上面這個例子中,一條曲線的第3點定義第3子層的溫度相關(guān)屈服行為。
應(yīng)用MKIN選項的典型應(yīng)力-應(yīng)變溫度數(shù)據(jù)如下:
MPTEMP,1,0,500 ! Define temperature-dependent EX,
MP,EX,1,12E6,-8E3 ! as in BKIN example
TB,MKIN,1,2 ! Activate a data table
TBTEMP,,STRAIN ! Next TBDATA values are strains
TBDATA,1,3.67E-3,5E-3,7E-3,10E-3,15E-3 ! Strains for all temps
TBTEMP,0.0 ! Temperature = 0.0
TBDATA,1,44E3,50E3,55E3,60E3,65E3 ! Stresses at temperature = 0.0
TBTEMP,500 ! Temperature = 500
TBDATA,1,29.33E3,37E3,40.3E3,43.7E3,47E3 ! Stresses at temperature = 500
/XRANGE,0,0.02
TBPLOT,MKIN,1
有關(guān)的命令MPTEMP,MP,TB,TBPT,TBTEMP,TBDATA,/XRANGE和TBPLOT,參見《ANSYS Commands Reference》。
3、非線性隨動強(qiáng)化(CHABOCHE)選項
這一選項應(yīng)用Chaboche模型,這種模型是多分量非線性隨動強(qiáng)化模型,允許用戶迭加幾種隨動強(qiáng)化模型。見《ANSYS Theory Reference》。象BKIN和MKIN選項一樣,用戶可應(yīng)用CHABOCHE選項來模擬單調(diào)強(qiáng)化和包辛格效應(yīng)。這個選項還允許用戶模擬材料的棘輪和調(diào)整(Shakedown)效應(yīng)。把CHABOCHE選項與各向同性硬化模型選項BISO、MISO、NLISO組合起來,可以進(jìn)一步模擬周期強(qiáng)化或軟化。這種模型有1+2n個常數(shù)(其中n為隨動強(qiáng)化模型數(shù)目),用TB命令的NPTS定義。見《ANSYS Theory Reference》。用戶應(yīng)用TBTEMP和TBDATA命令定義材料常數(shù)。這種模型適合于大應(yīng)變分析。
下面是溫度不相關(guān)及一個隨動強(qiáng)化模型的典型數(shù)據(jù):
TB,CHABOCHE,1 ! Activate CHABOCHE data table
TBDATA,1,C1,C2,C3 ! Values for constants C1, C2, and C3
而下例則說明溫度相關(guān)常數(shù)及2個隨動強(qiáng)化模型(在2個溫度點)的典型數(shù)據(jù)表:
TB,CHABOCHE,1,2,2 ! Activate CHABOCHE data table
TBTEMP,100 ! Define first temperature
TBDATA,1,C11,C12,C13,C14,C15 ! Values for constants C11, C12, C13,
! C14, and C15 at first temperature
TBTEMP,200 ! Define second temperature
TBDATA,1,C21,C22,C23,C24,C25 ! Values for constants C21, C22, C23,
! C24, and C25 at second temperature
有關(guān)命令TB,TBTEMP,TBDATA參見《ANSYS Commands Reference》。
4、雙線性各向同性強(qiáng)化(BISO)選項
這一選項與多線性各向同性強(qiáng)化MISO選項相似,只是用雙線性曲線代替多線性曲線。其輸入類似于雙線性隨動強(qiáng)化選項,只是現(xiàn)在TB命令要應(yīng)用BISO標(biāo)號。這一選項通常對大應(yīng)變分析較佳。用戶可以把這一選項與非線性隨動強(qiáng)化(CHABOUCHE)選項組合,以定義材料的各向同性強(qiáng)化行為。用戶也可以把這一選項與HILL選項組合來模擬各向異性塑性及各向同性強(qiáng)化,或與RATE選項組合以模擬率相關(guān)粘塑性。
5、多線性各向同性強(qiáng)化(MISO)選項
這一選項應(yīng)用von Mises屈服準(zhǔn)則以及各向同性工作強(qiáng)化的假定。這個選項不建議用于周期荷載或高度非比例歷史荷載的小應(yīng)變分析。但可應(yīng)用于大應(yīng)變分析。MISO選項可包括20個不同溫度曲線,每條曲線可以有最多100個不同的應(yīng)力-應(yīng)變點。在各條曲線上,應(yīng)變點可以不同。用戶可以把這個選項與非線性隨動強(qiáng)化(CHABOCHE)選項組合,以模擬周期強(qiáng)化或弱化。用戶還可以把MISO選項與HILL選項組合來模擬各異性塑性及各向同性強(qiáng)化,以及與RATE選項組合用以模擬率相關(guān)粘塑性。在MKIN選項的示例中的應(yīng)力-應(yīng)變-溫度曲線可以作為多線性各向同性強(qiáng)化材料的輸入,如下:
MPTEMP,1,0,500 ! Define temperature-dependent EX,
MP,EX,1,12E6,-8E3 ! as in above example
TB,MISO,1,2,5 ! Activate a data table
TBTEMP,0.0 ! Temperature = 0.0
TBPT,DEFI,3.67E-3,29.33E3 ! Strain, stress at temperature = 0
TBPT,DEFI,5E-3,50E3
TBPT,DEFI,7E-3,55E3
TBPT,DEFI,10E-3,60E3
TBPT,DEFI,15E-3,65E3
TBTEMP,500 ! Temperature = 500
TBPT,DEFI,3.67E-3,29.33E3 ! Strain, stress at temperature = 500
TBPT,DEFI,5E-3,37E3
TBPT,DEFI,7E-3,40.3E3
TBPT,DEFI,10E-3,43.7E3
TBPT,DEFI,15E-3,47E3
/XRANGE,0,0.02
TBPLOT,MISO,1
有關(guān)命令MPTEMP、MP、TB、TBTEMP、TBPT、/XRANGE和TBPLOT見《ANSYS Commands Reference》。
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