使用非线性弹性材料进行横梁应力分析练习

在本练习中，将使用非线性材料模型对一根横梁进行应力分析。

本练习将应用以下技术：

● 塑性变形。

● 非线性弹性模型。

1.问题描述 图11-22所示的长方形横梁是一个半对称模型，实体横梁的长度为508mm[20in]，横截面尺寸为50.8mm×50.8mm[2in×2in]。横梁受压时的弹性模量为69GPa[1e7psi]，受拉时的弹性模量为6.9GPa[1e6psi]。竖直方向的力作用在悬臂梁的端部。执行线性和非线性分析后再对比二者的结果。

图11-22 应力结果

操作步骤

步骤1 打开零件

打开Lesson11\Exercises\Beam文件夹下的文件beam。

步骤2 激活配置Symmetry

确认配置Symmetry处于激活状态。

步骤3 新建算例

新建一个线性【静应力分析】算例并命名为Linear。

步骤4 定义材料

定义一个【自定义】的线弹性材料并名为Lesson11，指定【弹性模量】为69GPa【1e7psi】，【泊松比】为0.3，【质量密度】为1kg/m^3，【屈服强度】为69MPa。

提示

因为模型是线弹性的，本仿真不会使用屈服强度。

步骤5 添加约束

对横梁的一个端面添加【固定几何体】的夹具，如图11-23所示。

步骤6 添加对称约束

在对称面上应用对称约束，如图11-24所示。

图11-23 添加约束

图11-24 添加对称约束

步骤7 添加载荷

在自由端的水平底部边线添加4500N的力，如图11-25所示。

步骤8 生成网格(www.xing528.com)

使用默认数值生成【草稿品质网格】，使用【基于曲率的网格】。

步骤9 运行算例

步骤10 图解显示合位移

图解显示【URES：合位移】，如图11-26所示。

步骤11 新建非线性算例

新建一个【非线性】算例并命名为Nonlinear。

步骤12 复制算例属性

从算例Linear中复制实体、夹具、外部载荷和网格文件夹到算例Nonlinear中。

图11-25 添加载荷

图11-26 合位移图解

步骤13 更改材料属性

指定模型类型为【非线性弹性】材料，【中泊松比】设定为0.3。在【表格和曲线】选项卡中，指定由下列点定义的【应力应变曲线】：【-0.1，-6.9e9】，【0，0】，【0.1，6.9e8】。确认【单位】设定为N/m^2，如图11-27所示。

图11-27 更改材料属性

步骤14 力的增量

确认力是呈线性增加的，如图11-28所示。

步骤15 定义算例Nonlinear的属性

确认勾选了【使用大型位移公式】复选框。

步骤16 运行算例

步骤17 图解显示分析结束时的合位移

图解显示分析结束时的【URES：合位移】，如图11-29所示。

图11-28 时间曲线

图11-29 合位移图解

2.总结 本练习使用了非线性弹性各向同性材料模型。通过在【材料】对话框中输入分段的线性应力-应变曲线来定义弹性模量。从算例Linear和Nonlinear中得到的横梁端部位移分别是9.8mm和36.3mm。因此，线弹性分析低估了端部位移约73%。