ANSYS结构非线性分析指南 - 第四章(9)

ANSYS结构非线性分析指南

? TBOPT=8所对应的蠕变方程(初始蠕变方程):

????C1[sinh(C2?)]C3e?C4/T

?/C2?C3/T? TBOPT=9所对应的蠕变方程(二期蠕变方程):

??C1ee

? TBOPT=10所对应的蠕变方程(二期蠕变方程):

???C1?C2e?C3/T

? TBOPT=11所对应的蠕变方程(初始蠕变+二期蠕变方程):

??C1?C2tC3?1e?C4/T/(C3?1)?C5?C6te?C7/T

? TBOPT=12所对应的蠕变方程(初始蠕变+二期蠕变方程):

???C1??ccpt?mt ,?c????t1?pt?m ? C?C210C3??C4

C8C9C11C12?m?m?C7??,p?C10??

? TBOPT=100所对应的蠕变方程:

用户自定义的蠕变方程

在以上方程中:

?cr=等效蠕应变

?cr=等效蠕应变对时间的变化率 ??=等效应力

T=绝对温度, 程序内部温度偏移量(TOFFST)被加到所有的温 度上。

C1?C12=通过TBDADA命令所输入的材料常数

t=子步的结束时间。

下例说明隐式蠕变分析方法。TBOPT=2表示将应用初始蠕变方程于模型2。温度相关性通过TBTEMP命令来指定，与此方程有关的4个常数作为TBDATA命令的参数。

TB,CREEP,1,1,4,2 TBTEMP,100

TBDATA,1,C1,C2,C3,C4

用户也可以应用ANSYS的可编程特性，并设置 TBOPT=100 来输入其他蠕变表达式。可以用 TB 命令(Lab=STATE)来定义状态变量数。下例是如何定义5个状态变量的例子：

TB,STATE,1,,5

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用户可以同时模拟蠕变[TB,CREEP]和各向同性强化、双线性随动强化和HILL各向异性塑性来考察更复杂的材料行为。参阅《ANSYS Element Reference》中的《Material Model Combination》部分来了解可用的联合使用。另外参阅本书§4.6《Material Model Combination》中材料联合使用的输入命令。

为了执行隐式蠕变分析，用户必须应用求解 RATE 命令(Option=ON或1)。下面的例子说明一个时间强化蠕变分析，见图4-20。

图4-20 时间强化蠕变分析

用户在第1荷载步施加机械荷载，并把 RATE 命令设为 OFF，这样绕过(忽略)蠕变应变效应。由于在这一荷值步的时间间隔将影响其后的总时间，因此这一荷载步的时间间隔要充分小。例如，用户可指定时间值为1E-8秒。第2荷载步是蠕变分析。这时应把 RATE 命令设为ON。这里机械荷载保持为常数，而材料随时间增量而发生蠕变。

/SOLU !First load step, apply mechanical loading RATE,OFF !Creep analysis turned off

TIME,1.0E-8 !Time period set to a very small value ...

SOLV !Solve this load step

!Second load step, no further mechanical load RATE,ON !Creep analysis turned on

TIME,100 !Time period set to desired value ...

SOLV !Solve this load step

RATE命令仅对采用von Mises 和Hill势的隐式蠕变有效。

当采用von Mises势模拟隐式蠕变时，可以对如下单元运用RATE命令：LINK180, SHELL181, PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186, SOLID187, BEAM88, BEAM189。

当模拟各向异性蠕变时（TB, CREEP 和TB, HILL），可以对如下单元运用RATE命令：PLANE42, SOLID45, PLANE82, SOLID92, SOLID95, LINK180, SHELL181, PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186, SOLID187, BEAM88, BEAM189。

对于大多数材料，在早期阶段，蠕变应变率显著改变。因为这一原因，通常建议应用很小的初始时间步增量，然后应用求解命令 DELTIM 或 NSUBST 指定较大的最大增量时间步。对于隐式蠕变，用户可能需要在结果中仔细检验时间增量的影响，因为ANSYS缺省并不提供任何蠕变率的控制。用户可以应用 CRPLIM 或 CUTCONTROL,CRPLIMIT 命令中的蠕变率控制选项来总是强迫采用一个蠕变极限比率。蠕变极限比率的推荐值是1～10。该比率可以随材料而变化，以便用户可以根据自己的经验来决定一个最佳值，从而获得需要的运行和精度。对于大型分析，建议首先在一个小模型中对

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时间增量收敛分析进行测试。 4.4.2.2 显式蠕变方法

显式蠕变方法求解蠕应变使用了欧拉朝前法，以时间步开始时的应力、应变为基础计算出蠕应变率，在每个时间步长内，蠕应变率被假定是常数，因此有：

??cr??(?n?1,?n?1,Tn)?t

?cr使用这种方法所对应的蠕应变曲线如下：

图4-21 显式蠕变对应的蠕应变曲线

为了减小误差，需要小的时间步长，特别是在蠕应变率变化很大的区域。

蠕应变率越小，结果越精确。一个等于或小于0.1的蠕变率将产生相当精确的结果。如果步长太大，求解将变得不稳定，并且不收敛，稳定极限对应于0.25的蠕应变率。

对于在第二期蠕变阶段蠕变较小的情况，欧拉朝前法是一种十分有效的方法，对于蠕应变较大的情况，这种方法需要时间步长很小，对于高度非线性蠕变应变-时间曲线，在应用显式蠕变方法时，必须应用小的时间步。如果时间步小于1E-6，则不计算蠕变应变。若需自动调整时间步到合适的值，可以应用蠕变时间步优化选项[AUTOTS 和 CRPLIM]。

如果没有其它的非线性行为则： ? 只在每一个子步的开始修正蠕应变率，在此子步内将不再变化。 ? 不执行牛顿－拉普森迭代，因此，求解精度依赖于时间步长。 如果有其它的非线性行为则有： ? 既然蠕应变影响应力分布（反过来应力分布又影响蠕变率），因此在每个时间步内都要进行牛顿

－拉普森迭代 ? 缺省情况下，使用初始刚度的牛顿－拉普森选项（总是使用弹性刚度矩阵）。 ? 既然时间步长很小，使用切线矩阵并不能使求解过程更有效。

显式蠕变方法的基本步骤，包括应用 TB 命令(Lab=CREEP)，选择蠕变方程(用 TBDATA 命令的参数加入适当的常数)。TBOPT为0或者为空白。下例是应用显式蠕变方法的输入。请注意，所有常数是作为 TBDATA 命令的参数加入的，而且无温度相关性。

TB,CREEP,1

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

ANSYS程序中具有一个蠕变方程库供你选择，你可以根据材料特性选择相应的蠕变准则，也就是说，在ANSYS程序中，建立了某些特定材料的特定蠕变准则，特别是那些用于原子能工业方面的材料（例如304和316不锈钢，2 1/4 Cr-1锰低铝钢），另外，用户还可以建立自己的蠕变准则，应用程序的可编程特性加入用户蠕变表达式，见《ANSYS Guide to User Programmable Fealares》。 可通过数据表来输入蠕变材料常数：

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Main Menu: Preprocessor>Material Props>Material Models

通过输入C6的值进入到初始蠕变的计算，如果C1?0将略过蠕变计算。通过输入C12的值进入到第二期蠕变阶段的计算，如果C7?0将略过此阶段的计算，如果使用选项C6＝9、10、11、13、14或15来进行初始蠕变的计算，由于在它们的公式中包括了第二期蠕变的计算，故第二期蠕变的计算被略过，通过输入C66的值进入到 …… 此处隐藏：3135字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……