悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(GUI).docx

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1、悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(GUI)一个左端固定的悬臂梁见图9-7(a),厚度为ICm,在它的右段中点上施加有一个集中力，该集中力为循环载荷见图9-7(b),悬臂梁的材料为多线性弹性材料，材料的弹性模量为20OOONZcm2,实验获得的该材料的非线性应力-应变行为见表9-3。分析该悬臂梁在循环载荷作用下的观测点P的水平方向上的应力应变历程。LoadLTH=IOO(a)悬臂梁以及加载位置(Cm)(b)所受的循环载荷(N)图9-7一个悬臂梁以及加载历程表9-3材料的应力-应变行为实验数据实验点1实验点2实验点3实验点4实验点5应变00.0040.0150.030.08应力(NZcm2)08

2、0160210280解答:为考察悬臂梁根部P点的应力应变历程,采用2D的计算模型,使用平面单元PLANE42,材料采用多线性弹塑性模型(mkin),进行循环加载过程的分析。建模的要点：设置几何以及材料参数；输入材料的多线性弹塑性模型(包括弹性模量和屈服极限)，见图9-8；通过设置time来给出加载历程，每次加载都输入当时的状态载荷值，不是增量加载，每次加载后，必须进行计算，再进入下一步的计算；在时间后处理中，通过设置几何位置来查询对应的P观测点的节点编号，并设置观测点的应力显示变量(2号变量)以及塑性应变为显示变量(3号变量),最后将3号变量设置为横轴,画出2号变量随3号变量的变化曲线，见图9

3、-9o可以看出，该材料具有非常明显的Bauschinger效应(即正向屈服与反向屈服之和是单拉实验屈服极限的2倍)。图9-8多线性弹塑性模型图9-9观测点P上的应力应变历程(SX)给出的基于图形界面的交互式操作(StePbystep)过程如下。（1）进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）程序-*ANSYS-*ANSYSInteractive-*Workingdirectory（设置工作目录）-Initialjobname（设置工作文件名）:ReamS-Run-*OK（2）设置计算类型ANSYSMainMenu：Preferences.-*StructuralOK（3）设定不显示时间ANSYS

4、UtilityMenu：PIotCtrls-WindowControls-WindowOptions.-DATE：NoDateorTime-OK（4）定义单元类型ANSYSMainMenu：Preprocessor-ElementType-AddZEdit/Delete.-*Add.-*Solid:Quad4node42-OK（返回到ElemenlTyPeS窗口）-*Close（5）定义材料参数ANSYSMainMenu:Preprocessor-*MaterialProps-*MaterialModels-*Structural-*Linear-*Elastic-Isotropic-输入EX

5、:2E4,PRXY:03（定义弹性模量及泊松比）-*OK-*返回DefineMaterialModelBehavior窗口Structural-*NonLinear-Inelastic-RateIndependent-*KinematicHardeningPlasticity-*MisesPlasticity-Multilinear（Fixedtable）-在Strain一行中对应1至4号点输入0.004、0.015、0.03、0.08-在CUrVel中对应1至4号点输入强、160210280点击右下角GraPh-OK-Close（关闭材料定义窗口）,，见图98,观察窗口中的多线性弹塑性模型（

6、6）构造模型生成关键点ANSYSMainMenu：Preprocessor-*Modeling-*CreateKeypoints-InActiveCS-Keypointsnumber：J,X,YZLocationinactiveCSt0,0,0-Apply-同样依次输入其他三个关键点（100,0,OX（100,10,0）与（0,10,0）-OKANSYSMainMenu：Preprocessor-*Modeling-*Create-Areas-Arbitrary-ThroughKPs一用鼠标依次点击1、2、3、4关键点，生成面单元（7）网格划分ANSYSMainMenu：Preprocesso

7、r-*Meshing-MesherOpts-Mesherlpe:MappedOK2DShapeKey:Quad-OKANSYSMainMenu：Preprocessor-Meshing-sizecontrls-*ManuaISize-Lines-PickedLines-选择上卜.两条横边线，OkNDIV设置为国一Apply-*选择两条竖边线Ok-NDIV设置为a-oANSYSMainMenu：Preprocessor-*Meshing-Mesh-Areas-TargetSurf一点击生成面几何体的位置，显示矩形面被选中一OK（8）模型加约束ANSYSMainMenu:Solution-*Def

8、ineLoads-*Apply-*Structural-*DisplacementOnLines-选取左侧边线（L4）-OK-SeleCtLab2:AllDoF（施加全部约束）-OK求解设置ANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-*SonControls-在BaSiC标签卜设置AnalysisOptions为LargeDisplacementSatie*Numberofsubsteps:8,Maxno.ofsubsteps:25Minno.OfSUbStePS:备Frequency设置为WriteNnumberofsubstepsWhereN=10-,OK（10

9、）按照时间步施加循环载荷ANSYSMainMenu:Solution-*AnalysisTyPe-*SoFnControls-*在BaSiC标签下设置Timeatendofloadstep11OKANSYSMainMenu:Solution-DefineLoads-Apply-*Structural-*ForceZMoment-*OnNodes-*选择右侧边缘中点（26号节点）OKLab：Fy,Value：XOioKANSYSMainMenu：Solution-Solve-*CurrentLSOKANSYSUtilityMenu:PlotReplotANSYSMainMenu:Solution

10、-AnalysisType-*SoPnControls-在Basic标签下设置Timeatendofloadstep:2-OKANSYSMainMenu:Solution-DefineLoads-Apply-*Structural-*ForceZMoment-*OnNodes-*选择右侧边缘中点（26号节点）-OK*Lab：Fy,Value：O-*OKANSYSMainMenu：Solution-Solve-*CurrentLS-*OKANSYSUtilityMenu:Plot-ReplotANSYSMainMenu:SolutionAnalysisTyPe-SoFnControls-在BaS

11、iC标签下设置Timeatendofloadstep:3OKANSYSMainMenu:SolutionDefineLoadsApply-Structural-*ForceZMoment-OnNodes-选择右侧边缘中点（26号节点）-OK-Lab：Fy,Value：40-*OKANSYSMainMenu：Solution-Solve-*CurrentLS-*OKANSYSUtilityMenu:Plot-ReplotANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-SonControls-在BaSiC标签下设置Timeatendofloadstep:4-OKANSYSM

12、ainMenu:Solution-DefineLoadsApply-Structural-*ForceZMoment-OnNodes选择右侧边缘中点（26号节点）-Lab：Fy,Value：O-OKANSYSMainMenu：Solution-Solve-*CurrentLS-*OKANSYSUtilityMenu:Plot-ReplotANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-SoFnControls在Basic标签下设置Timeatendofloadstep:5OKANSYSMainMenu:SolutionIkfineLoadsApply-Structura

13、l-*Force/Moment-OnNodes-选择右侧边缘中点（26号节点）-LabSFy,Value：z40-*OKANSYSMainMenu：SolutionSolve-*CurrentLS_*OKANSYSUtilityMenu:Plot-ReplotANSYSMainMenu:SolutionAnalysisType-*SonControls-在BaSiC标签下设置Timeatendofloadstep:6-OKANSYSMainMenu:SolutionDefineLoadsApply-Structural-*ForceZMoment-OnNodes-选择右侧边缘中点（26号节点）

14、-Lab：Fy,Value：O-*OKANSYSMainMenu：Solution-Solve-*CurrentLS-OK（三）计算结果ANSYSMainMenu：GeneralPostproc-*ReadResults-LastSetANSYSMainMenu：GeneralPostproc-PlotResults-*DeformedShape-*Def+Undeformed-OK（观察最后变形情况）ANSYSMainMenu：GeneralPostproc-PlotResults-ContourPlot-Elementsolu-PlasticStrain-Equivalentplastic

15、strain-OK（观察累计的等效塑性应变）ANSYSMainMenu：TimeHistPostpro一关闭弹出窗口-*DefineVariables-*Add.-ElementResults-OK,在方框中输入2-*OK在方框中输入4TOK在Item,CompDataitem中选择StreSs,X-directionSX-*OK,返回DefineTime-HistoryVariables-Add*ElementResults-*OKt在方框中输入2-*OK在方框中输入4OK在Item,CompDataitem中选择Strain-plastic,X-dir,nEPPLX-*OK-*CloseANSYSMainMenu：TimeHistPostpro-*关闭弹出窗口-Settings-*Graph-*SingleVariableNo.输入3-*oANSYSMainMenuzTimeHistPostpro一关闭弹出窗口-*GraphVariables在NVarl中输入2OK观察观测点P上的应力应变历程（SX）,见图9-9ANSYSUtilityMenu：FileExitSaveEverything-*OKlfllB!H悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算（