Ansys第25例非线性分析综合应用实例

第25例非线性分析综合应用实例----钢板卷制成圆筒本例介绍了综合利用ANSYS非线性分析功能模拟将钢板卷制成圆筒的方法和步骤。25.1问题描述将钢板卷制成圆筒一般要使用卷板机。图25-1所示为对称式三辊卷板机，该机器将钢板卷制成圆筒时分为三个步骤：首先，上辊下降使钢板发生挠曲，钢板挠曲线的最低点首先发生屈服；然后，下辊转动驱动钢板向前移动，使钢板各点发生同样的屈服形成圆筒；最后，圆筒卷制完成，上辊上升卸下筒体。图25-1对称式三辊卷板机用ANSYS模拟将钢板卷制成圆筒，相应地也分为三个步骤。由于第二个步骤需要模拟上、下辊转动，而ANSYS的SOLIDn单元不支持大转动，位移边界条件不能施加大的转动角度，所以上、下辊需要用壳单元建立有限元模型。上、下辊与钢板的作用需要用接触模拟，钢板卷制成圆筒材料发生屈服，产生大变形，所以钢板卷制成圆筒包括状态非线性、材料非线性和结构非线性三种非线性。用ANSYS模拟将钢板卷制成圆筒，计算结果可以得到圆筒直径与上辊下压量的关系，上、下辊受力大小，上、下辊的变形，下辊驱动力矩及卸载回弹等重要数据。因为分析过程复杂，步骤较多，所以本例只采用命令流法执行命令。25.2命令流/CLEAR!清除数据库，新建文件/FILNAM,EXAMPLE25!指定任务名为»EXAMPLE25“/CONFIG,NRES,2000!设置最大子步数!前处理/PREP7!进入前处理器/PNUM,VOLU,ON!打开体号ET,1,SHELL181!选择单元类型，壳单元用于划分上、下辊ET,2,SOLID186!实体单元用于划分钢板MP,EX,1,2E11!定义材料模型1的弹性模量MP,DENS,1,7800!定义材料模型1的密度MP,NUXY,1,0.3!定义材料模型1的泊松比MP,EX,2,2E11!定义材料模型2的弹性模量MP,DENS,2,7800!定义材料模型2的密度MP,NUXY,2,0.3!定义材料模型2的泊松比TB,BKIN,2,1TBTEMP,0TBDATA,,240E6,0!定义材料模型2的屈服极限、切向模量SECTYPE,1,SHELL!定义截面SECDATA,0.02!壳厚度CYLIND,0.38/2,0,0.2,1.7,0,360!创建上辊，圆柱体CYLIND,0.38/4,0,0.2,0,0,360CYLIND,0.38/4,0,1.7,1.9,0,360VGLUE,ALL!黏结VSEL,NONEWPOFF,0.54/2,-0.37!偏移工作平面原点到右下辊中心CYLIND,0.3/2,0,0.2,1.7,0,360!创建右下辊，圆柱体CYLIND,0.3/4,0,0.2,0,0,360CYLIND,0.3/4,0,1.7,1.9,0,360VGLUE,ALLVSEL,NONEWPOFF,-0.54!偏移工作平面原点到左下辊中心CYLIND,0.3/2,0,0.2,1.7,0,360!创建左下辊，圆柱体CYLIND,0.3/4,0,0.2,0,0,360CYLIND,0.3/4,0,1.7,1.9,0,360VGLUE,ALLALLS!选择所有实体VDELE,ALL!删除体，但保留面，HPTCREATE,AREA,5,,COORD!在上辊端面中心处创建硬点HPTCREATE,AREA,10,,COORD,0,0,1.9HPTCREATE,AREA,34,,COORD,-0.54/2,-0.37,1.9!在左下辊端面中心处创建硬点HPTCREATE,AREA,29,,COORD,-0.54/2,-0.37,0HPTCREATE,AREA,22,,COORD,0.54/2,-0.37,1.9!在右下辊端面中心处创建硬点HPTCREATE,AREA,17,,COORD,0.54/2,-0.37,0MAT,1!为上、下辊划分单元指定属性，材料模型TYPE,1!单元类型SECN,1!壳横截面ESIZE,0.04!指定单元边边长度SMRTSIZE,7!指定智能尺寸级别MSHAPE,1!指定单元形状为三角形AMESH,ALL!对所有面划分单元BLOCK,0.7,-0.5,0.3/2,0.3/2+0.03,0.5,1.4!创建钢板，块LESIZE,96,,,2!指定线96(钢板厚度)被划分为两段MAT,2!为钢板划分单元指定属性TYPE,2MSHKEY,1!映射网格MSHAPE,0!指定单元形状为六面体ESIZE,0.05!指定单元边长度VMESH,ALL!对块划分网格ET,4,TARGE170!指定单元类型，用于创建接触对ET,5,CONTA174,,,,,1KEYOPT,5,12,1!设置单元5接触表面无滑动R,10,,,0.1!定义实常数，KFN==0.1R,11,,,0.1R,12,,,0.1ASEL,S,,,40!在钢板上表面和上辊表面建立接触对NSLA,S,1NSEL,U,LOC,Z,0.8,1.1MAT,3REAL,10TYPE,4ESURFALLSASEL,S,,,3,4,1NSLA,S,1NSEL,U,LOC,Z,0.2,0.5NSEL,U,LOC,Z,0.8,1.1NSEL,U,LOC,Z,1.4,1.7MAT,3REAL,10TYPE,5ESURFALLSASEL,S,,,39！在钢板下表面和左下辊表面建立接触对NSLA,S,1NSEL,U,LOC,Z,0.8,1.1MAT,4REAL,11TYPE,4ESURFALLSASEL,S,,,27,28,1NSLA,S,1NSEL,U,LOC,Z,0.2,0.5NSEL,U,LOC,Z,0.8,1.1NSEL,U,LOC,Z,1.4,1.7MAT,4REAL,11TYPE,5ESURFALLSASEL,S,,,39NSLA,S,1!在钢板下表面和右下辊表面建立接触对NSEL,U,LOC,Z,0.8,1.1MAT,4REAL,12TYPE,4ESURFALLSASEL,S,,,15,16,1NSLA,S,1NSEL,U,LOC,Z,0.2,0.5NSEL,U,LOC,Z,0.8,1.1NSEL,U,LOC,Z,1.4,1.7MAT,4REAL,12TYPE,5ESURFALLSFINI!首先模拟下辊不动，上辊下降/SOLU!进入求解器D,ALL,UZ!在所有节点点上施加约束D,ALL,ROTXD,ALL,ROTYNSEL,S,LOC,X!选择上辊轴线上的节点NSEL,R,LOC,YD,ALL,UY,-0.03!施加约束，上辊下降0.03mD,ALL,UXD,ALL,UZALLSCSYS,4!激活工作平面坐标系ASEL,S,LOC,Y,-2,0.3/2!选择下辊上的所有面ASEL,U,,,39NSLA,S,1!选择下辊上的所有节点D,ALL,ALL!约束掉所有自由度ALLSANTYPE,TRANS!瞬态分析LNSRCH,ON!打开线性搜索NLGEOM,ON!打开大变形选项TIME,1!指定载荷步时问AUTOT,ON!打开自动载荷步长NSUBST,15,20,10!指定子步数目KBC,0!斜坡载荷OUTRES,ALL,ALL!输出所有子步所有项旧的结果SOLVE!解答!以下模拟下辊转动，驱动钢板前进CSYS,4ASEL,S,LOC,Y,-2,0.3/2!选择下辊上的所有面ASEL,U,,,39NSLA,S,1!选择下辊上的所有节点DDELE,ALL,ALL!删除上一载荷步施加在下辊上的所有约束ALLSD,ALL,UZ!在所有节点上施加约束D,ALL,ROTXD,ALL,ROTYNSEL,S,LOC,X,0!选择左下辊轴线上的所有节点NSEL,R,LOC,YD,ALL,ROTZ,-3.1415926/2!转动1/4周D,ALL,UX!约束掉移动D,ALL,UYALLSWPOFF,0.54!偏移工作平面NSEL,S,LOC,X,0!选择右下右下辊轴线上的所有节点NSEL,R,LOC,YD,ALL,UX!约束掉移动D,ALL,UYD,ALL,ROTZ,-3.1415926/2!转动1/4周TIME,2ALLSKBC,0NSUBST,800,1000,300SOLVE!解答!模拟卸载ACEL,0,9.8!施加重力加速度CSYS,0!激活全球直角坐标系NSEL,S,LOC,X!选择上辊轴线上的所有节点NSEL,R,LOC,YD,ALL,UY,0!上辊向上移动，卸载D,ALL,UXD,ALL,UZD,ALL,ROTXD,ALL,ROTYALLSKBC,0NSUBST,20,300,10TIME,2.1SOLVEFINI!查看结果/POST1SET,LAST!读最后载荷子步计算结果PLNS,U,SUM!变形云图ANTIME,50,0.5,,1,2,0,2.1!用动画查看卷制圆筒过程中的变形情况FINI图25-2钢板卷制成圆的变形分布情况第26例非线性分析综合应用实例—冲击本例介绍了一个综合应用材料非线性、状态非线性和结构非线性研究冲击过程力学行为的实例。26.1问题描述为了研究装载时矿石对矿用载重车车厢的冲击作用，可以建立如图26-1所示的简化模型。由于冲击只作用于车厢底板，所以忽略车厢其余部分，车厢悬挂系统用弹簧模拟。现用有限元法分析矿石以一定速度v撞击时车厢的应力、应变和变形，以研究车厢的强度和刚度特性。图26-1冲击作用简化模型26.2分析步骤26.2.1改变任务名拾取菜单UtilityMenu→File→ChangeJobname，弹出如图26-2所示的对话框，在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE26，单击“OK”按钮。图26-2改变任务名对话框26.2.2选择单元类型拾取菜单MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete，弹出如图26-3所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图26-4所示的对话框，在左侧列表中选“StructuralSolid”，在右侧列表中选“Brick8node185，单击“APPLY”，—表中选“StructuralShell”，在右侧列表中选“3D4Node182”，单击“Apply”按钮；再在左侧列表中选“Combination”，在右侧列表中选“Spring-damper14”，单击“Apply”按钮；再在左侧列表中选“Contact”，在右侧列表中选“4ndsurf173”，单击“Apply”按钮；再在左侧列表中选“Contact”，在右側列表中选“3Dtarget170”，单击“OK”按钮；单击如图26-3所示对话框中的“Close”按钮。图26-3单元类型对话框图26-4单元类型库对话框26.2.3定义材料模型拾取菜单MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels，弹出如图26-5所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出如图26-6所示的对话框，在“EX”文本框中输入2ell(弹性模量)，在“PRXY”文本框中输入0.3（泊松比），单击“OK”按钮；再在如图26-5所示的对话框的右侧列表中依次拾取”Structural”、”Nonlinear”、”Inelastic”、RateIndependent、“KinematicHardeningPlasticity”、“MisesPlasticity”、“Bilinear”，弹出如图26-7所示的对话框，在“YieldStss”文本框中输入240e6（屈服极限），在“TangMods”文本框中输入2e8（切线模量），单击“OK”按钮；再在图26-5所示的对话框的右侧列表中依次拾取“Structural”、“Density”，弹出如图26-8所示的对话框，在“DENS”文本框中输入7800（密度），单击“OK”按钮；然后关闭图26-5所示的对话框。图26-5材料模型对话框图26-6材料特性对话框图26-7材料特性对话框图26-8材料特性对话框26.2.4定义壳