1、用ANSYS模擬圓棒拉伸出現(xiàn)頸縮問題1 問題描述設圓棒長l=200mm，為誘導頸縮的出現(xiàn)，取圓棒棒中截面直徑D=40mm。材料彈性模量E=175MPa，泊松比=0.3。假設為各向同性硬化材料，拉長18mm。2 ANSYS對問題的簡化分析由于圓棒的對稱性，取1/4圓棒進行分析。在考慮到圓棒具有縱向對稱軸，選擇軸對稱單元。3 ANSYS操作步驟3.1 定義工作路徑/filename,yanglan /title,shiyan1 /prep7 3.2 選擇單元類型et,1,106選擇106軸對稱平面單元。3.3 定義材料常數(shù)mp,ex,1,175000 mp,dens,1,7850 mp,nuxy,

2、1,0.3根據(jù)已知，用多段線性輸入材料應力應變關系，第一組應力應變值應滿足屈服強度和彈性模量，即。tb,miso,1,23tbpt,defi,0.002,350 tbpt,defi,0.004,493tbpt,defi,0.006,582tbpt,defi,0.008,674tbpt,defi,0.010,727tbpt,defi,0.011,697tbpt,defi,0.012,720tbpt,defi,0.013,700tbpt,defi,0.014,759tbpt,defi,0.016,804tbpt,defi,0.018,868tbpt,defi,0.020,892tbpt,defi,

3、0.022,940tbpt,defi,0.024,992tbpt,defi,0.026,1000tbpt,defi,0.028,1006tbpt,defi,0.030,1010tbpt,defi,0.032,1013tbpt,defi,0.034,1015tbpt,defi,0.036,1017tbpt,defi,0.038,1019tbpt,defi,0.040,1021tbpt,defi,0.042,1022tbplot,miso,1應力應變曲線如圖3-1 所示。圖3-1 應力應變曲線3.4 建模及分網采用軸對稱單元時，模型建在第一象限。k,1,0,0k,2,100,0k,3,100,20

4、k,4,0,20a,1,2,3,4/pnum,line,1/pnum,kp,1lesize,1,30,2.5lesize,3,30,0.4lesize,4,20lesize,2,20amesh,allsavefini分網結果如圖3-2所示。圖3-2 單元體分網對線狀的幾何模型用幾個單元和構成單元的節(jié)點來形成（有限元）模型。此時，在有限元法中因為是在節(jié)點的位置上能夠得到模型的位移，所以在想要得到位移的位置上，一定要設置節(jié)點。3.5 施加邊界條件底邊界uy=0，左邊界ux=0，在右邊界施加非零位移模擬軸向的拉伸變形。/solulsel,s,4nsll,s,1d,all,ux,0allsellsel

5、,s,1nsll,s,1d,all,uy,0allsellplotlsel,s,2nsll,s,1,d,all,uy,0d,all,ux,18allsel在x,y軸方向分別加上載荷，并限制自由度，在x沿軸方向上拉伸18mm，在y軸上不增加位移，如圖3-3(a)-(d)所示。(a) (b)(c) (d)圖3-3(a)-(d) 添加載荷及位移3.6 求解設置及求解選擇Static求解，選擇大變形分析，時間步設為1，子步設為60，定義每隔十步輸出一次計算結果。nlgeom,onautots,onsstif,ontime,1neqit,20nsubst,60pred,onoutres,all,alla

6、llselsolvefini4 ANSYS計算結果4.1 正常結束輸出的變形、應力和等效塑性應變結果的有限元網格圖見圖4-1至圖4-2。計算得到的最小截面應力和軸向應力的平均值和最大值均可由圖上讀出。由圖可以看出，在經過了一定的時間后應力值均有了顯著下降。在彈性階段在根部產生了應力集中，應力分布和軸向應力分布類似。應力在最小截面上基本上均布。以最大載荷點作為頸縮的開始，頸縮以后，卸載點由一個點逐步形成一個區(qū)，而且越來越大，首先出現(xiàn)于試件端部的中央，隨著試件的不斷伸長，卸載區(qū)逐漸擴大，加載區(qū)逐漸縮小，并越來越集中于頸部。由圖可見，頸縮以后變形越來越集中頸部的那幾個單元。圖4-1 有限元網格圖(a

7、)(b)圖4-2(a)(b) 變形、應力和等效塑性應變結果4.2 異常結束當強制將x軸向位移加大至19或20以上，根據(jù)以上結果，試樣將被拉斷，因此求解異常結束，圖4-3為子步無終止的求解過程。圖4-3 子步無終止的求解過程5 學習心得5.1 將ANSYS的學習緊密與工程力學專業(yè)結合起來毫無疑問，剛開始接觸ANSYS時，如果對有限元，單元，節(jié)點，形函數(shù)等有限元單元法及程序設計中的基本概念沒有清楚的了解話，那么學ANSYS很長一段時間都會感覺還沒入門，只是在僵硬的模仿，即使已經了解了，在學ANSYS之前，也非常有必要先反復看幾遍書，加深對有限元單元法及其基本概念的理解。視的，這可能是造成許多人花了

8、很多時間學ANSYS，而實際應用能力卻很難提高的一個重要原因。 5.2網格劃分對于面網格劃分，不需要考慮映射條件，直接對整個模型使用以下命令， MSHAPE,0,2D MSHKEY,2 ESIZE,SIZE 控制單元的大小，保證長邊上產生單元的大小與短邊上產生單元的大小基本相等。 5.3 加載求解對于有限元模型的加載，相對而言是一件比較簡單的工作，但當施加載荷或邊界條件的面比較多時，需要使用選擇命令將這些面全部選出來，以保證施加的載荷和邊界條件的正確性。在ANSYS求解過程中，有時發(fā)現(xiàn)，程序并沒有錯誤提示，但結果并不合理，這就需要有一定的力學理論基礎來分析問題，運用一些技巧以加快問題的解決。對

9、于非線性分析，一般都是非常耗時的，特別是當模型比較復雜時，怎樣節(jié)約機時就顯得尤為重要。當一個非線性問題求解開始后，不用讓程序求解完后，發(fā)現(xiàn)結果不對，修改參數(shù)，又重新計算。而應該時刻觀察求解的收斂情況，如果程序出現(xiàn)不收斂的情況，應終止程序，查看應力，變形，等結果，以調整相關設置；即使程序收斂，當程序計算到一定程度也要終止程序觀看結果，一方面可能模型有問題，另一方面邊界條件不對，特別是計算子模型時，數(shù)據(jù)輸入的工作量大，邊界位移條件出錯的可能性很大，因而要根據(jù)變形結果來及時糾正數(shù)據(jù)，以免浪費機時，如果結果符合預期的話，可通過重啟動來從終止的點開始計算。在做非均勻材料拉伸模擬材料頸縮現(xiàn)象的有限元數(shù)值計算時，對一個標準試件，一端固定，另一端加一個X方向的位移，結果發(fā)現(xiàn)在施加X方向的位移的一排