搜索ansys預應力螺栓的蠕變分析（應力松弛）
2017-08-25 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
前面有專門對預應力螺栓的問題進行了說明,下面繼續就那個問題說明如何分析后面的蠕變行為。
2017年3月推送文章
Ansys螺栓預緊力(Hypermesh前處理)
1.蠕變現象
蠕變現象簡單來講就是材料在高溫作用下,即使所處工況不變,材料內部應力(應變)仍會隨時間產生變化的現象。典型的蠕變曲線
如下:
典型蠕變曲線
在初始蠕變階段(第一蠕變階段),蠕變速率隨著時間會逐漸下降;在穩態蠕變階段(第二蠕變階段)蠕變速率會保持不變;而加速蠕變階段(第三蠕變階段),蠕變速率急速上升,往往意味著材料失效的發生。
下面主要對其中兩種情況進行說明,這兩種情況也是本文所討論的兩類分析(僅討論初始蠕變階段):
①對于外部載荷不變也就是常載荷的情況,結構蠕變應變會隨著時間逐漸變大,類似于高溫情況下加載,結果變形越來越大。
②對于像預應力螺栓這種在一定初始應力場下且結構邊界保持不變的情況下,結構內部應力會隨著時間逐步減小,也就是常說的應力松弛。
2.蠕變本構
蠕變方程通常是應力,應變,溫度以及時間的函數。即
對于蠕變材料的本構,ansys給出了很多,其中大部分都是根據實驗測得,這里僅簡單說下時間強化蠕變模型,這個本構模型也是使用比較多的。
Help中給出了該本構的方程式:
可以看到該本構需要四個參數,C1,C2,C3,C4,其中可以看到其是應力,時間,溫度的函數,沒有應力強化項;同理,對于應力強化本構,沒有時間強化項。其中,在形變速率與應力的關系中,其指數C2多在2~20之間,4較為常見;時間項指數C3,若C3為負數,則表示應變率隨時間降低,反之則升高,對于第一階段蠕變來說,顯然應變率是降低的,應該取負值;C1的量綱可以根據其余幾項反推出來。本文使用參數從論文中查的,取C1=0.54e-16,C2=4,C3=-0.6,C4=6000。
3.問題一
3.1問題
長100mm,高30mm的懸臂薄板,左邊固定,上表面施加大小為200MPa的壓力,分析1000h內在環境溫度900℃下的蠕變效應。
3.2前處理部分(包括邊界設置)
前處理部分比較簡單,具體見后面命令流。下面直接給出處理后的結果:
整體有限元模型
3.3分析
首先,為了得到常外載邊界,先在較小的時間步內求解初始載荷的應力場,并且不考慮蠕變效應。求解完成之后,再打開蠕變效應開關,設置時間與子步數,求解蠕變效應。這里注意的是,蠕變效應的收斂情況是和時間步長有關系的,特別是如果開始蠕變效應特別明顯導致不收斂,建議縮小時間步長重新計算,這里建議時間步長為1(使用靜態分析,瞬態分析的話建議關閉時間積分效應)。
3.4結果后處理
蠕變過程總位移云圖(變形放大50倍)(gif)
蠕變過程米塞斯應力云圖(gif)
根部米塞斯蠕變應變曲線
可以看到蠕變率逐漸升高但是蠕變速率逐漸降低,這符合第一階段的特點。
下面是命令流部分:
4.問題二
繼續之前螺栓預緊的部分向后進行,在hm中處理之后的有限元模型如下(模型略有改動):
整體有限元模型
簡單回顧:其中兩個被連接板端部固定,中間用一公稱直徑為10mm的螺栓連接。為了使螺栓的預緊力以位移形式鎖定以便模擬模擬松弛現象,這里預緊力以相對位移的形式施加,施加預緊位移0.1mm。由于取一半模型分析,因此剖面施加對稱約束(約束面外自由度),預緊力施加一半即可。
現在試對其進行后續蠕變分析,分析500h之內螺栓的應力分布變化以及螺栓中部的應力曲線。
為了使蠕變能快速進行,這里將C1取大一點,取為5.4e-8,同上分析,第一步關閉蠕變效應,在較短時間內進行預緊力分析,然后第二步打開蠕變效應,進行蠕變分析,設置求解時間500,子步數500,下面是求解結果:
施加完預緊力之后應力場分布
500h之后應力場分布
整體應力云圖(蠕變過程)(gif)
螺栓中部米塞斯應力變化曲線(蠕變過程)
原文模型文件下載地址:http://pan.baidu.com/s/1bSlnaQ
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