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压力容器分析设计单杆拉伸实验仿真模拟大连理工大学 Dalian University of Technology目 录1问题描述12建立几何模型13材料特性和有限元模型23.1材料特性23.2有限元模型34载荷设置和求解34.1载荷设置34.2非线性设置34.3求解35后处理35.1通用后处理35.2时间历程后处理41问题描述单轴拉伸实验是最基本也是最重要的材料力学性能实验，此实验包含了材料的弹性伸长和塑性变形。用大变形弹塑性有限元方法模拟切口试样的拉伸过程，分析其最小横截面上的应力、应变分布特点，来研究材料力学行为。2建立几何模型根据GB228-2002金属材料室温拉伸试验方法，其中参考图形,如图1所示图1杆件拉伸实验参考图其中L0=50mm,Lc=55mm,Lt=85mm,d=10mm,为了简化计算，建立如图2 的1/4平面模型,为了更好地产生颈缩现象，并在模型中部设置豁口。 图2 杆件几何模型 图3杆件有限元模型3材料特性和有限元模型3.1材料特性本试件采用45钢，其中弹性模量E=210e3MPa，屈服强度s=355MPa，抗拉强度b=600MPa。利用ansys做大变形分析，将材料模型简化为弹塑性强化模型，并采用双向等向强化准则，其中Tang mod设置为0，材料应力-应变曲线如图4所示。图4 45钢应力-应变曲线 图5 模型边界条件3.2有限元模型为了便于计算，考虑到模型的对称性，选用plane182单元，在options中设置axisymmetric，然后划分网格如图3所示。4载荷设置和求解4.1载荷设置考虑到模型的对称，在图5施加对称边界条件。因为本次试验是要让杆件产生大变形，杆件会产生塑性变形，力载荷不容易控制，所以施加位移载荷，在杆件的端部施加disp=15mm移载荷。4.2非线性设置在求解控制器的分析类型中将大变形打开，在时间控制中设置载荷步的终端时间为1，打开自动时间步，载荷子步设置为1000，在频率选项设置写入每一步子步。4.3求解5后处理5.1通用后处理通过求解，得杆件Y方向大变形云图，如图6所示第四强度应力云图如图7所示 图7 图6 图8 5.2时间历程后处理通过图8发现，杆件最大应力的时间历程与材料的特性曲线相似，且屈服强度大致符合45的屈服强度。4
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