三杆结构塑性卸载后的残余应力计算(GUI).docx

三杆结构塑性卸载后的残余应力计算(GUl)三杆结构以及受力状况见图9-6,杆件的材料为冷轧钢，屈服极限为,有关的材料及几何参数如表9/所示。分析该结构在小于弹性极限的载荷耳=51961.51b作用下的位移,以及在三杆全部进入塑性状态(6=81961.51b)并卸载后的残余应力。为与文献结果进行比较，这里采用了英制单位。(a)三杆结构以及受力状况(b)材料的行为图9-6三杆结构的受力状况及材料行为表9-1模型的材料及几何参数材料性能几何参数边界条件弹性模量E=3×107psiA=Un2f/=100/77F1=51961.5Ib屈服极限=30000psi6=30°F2=81961.5Ib注：Fl和F2的值是通过理论分析进行反算得到的。解答：采用2D的计算模型，使用平面杆单元2-DSpar(orTruss)Elements(LINKl),材料采用双线性弹塑性模型，进行加载以及卸载过程的分析。建模的要点：首先定义分析类型，并选择相应单元，输入材料的双线性弹塑性模型(包括弹性模量和屈服极限)；生成对应节点以及单元；定义位移边界条件，以及施加载荷；对于卸载，应施加零载荷(即施加叠加后的状态载荷);(4)在后处理中，用命令v*GET来提取相应位置的计算分析结果。最后将计算结果与参考文献所给出的解析结果进行比较，见表9-2o表9-2ANSYS模型与文献解析结果的比较Reference9.2的结果ANSYS结果两种结果之比第4点处的垂直位移Fi/in-0.07533-0.07534L(XX)中间杆单元的残余应力/psi-5650.-56501.000Reference9.2（1）:CrandallSH,DahlNC.AnIntroductiontotheMechanicsofSolids.NewYork:McGraw-HiIIBookCo.,Inc.,1959,234给出的基于图形界面的交互式操作（St叩bySteP）过程如下。（1）进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）程序-*ANSYS-*ANSYSInteractiveWorkingdirectory（设置工作目录）-InitialjObname:ThreeSDar（设置工作文件名）-*Run-*OK（2）设置计算类型ANSYSMainMenu：Preferences.-*StructuralOK（3）定义单元类缎ANSYSMainMenu：Preprocessor-ElementType-*Add/Edit/Delete.-Add.-*Link:2dspar1-*OK（返回到ElemenITyPeS窗口）Close（4）定义实常数ANSYSMainMenu：PreprocessorRealConstants-*Add/Edit/Delete-Add.-*selectTyPe1Linkl-*OK-inputRealConstantsSetNo.:LAREA:1-*OK（返回到RealCOnSlanIS窗口）一CIOSe（关闭RealConstants窗口）（5）定义材料参数ANSYSMainMenu：PreprocessorMaterialPropsMaterialModels-StructuralLinearElastic-*Isotropic-*inputEX30e6（定义弹性模量）-*OK,Nolinear（定义屈服应力）-Elastic-*RateIndependentKinematicHardeningPlasticity-*MisesPlasticity-*Bilinear-*YieldStss:30000-*OK-Ck）Se（关闭材料定义窗口）（6）定义参数及指定角度单位ANSYSUtilityMenu：Parameters-*ScalarParameters（出现ScalarParameters对话框）-*Selection卜.输入L=Ioo-AcceDt-输入THETA=30-Accept-CloseANSYSUtilityMenu：Parameters-*AngularUnits.-*Unitsforangular：DegreesDEG_*OKANSYSUtilityMenu：Parameters-*ScalarParameters（出现ScalarParameters对话框）-*Selection卜输入XLOC=UiTAN（THETA）-AcceDt-Qose（7）生成有限元模型ANSYSMainMenu：Preprocessor-Modeling-*Create-*Nodes-InActiveCS-NODENodenumber：LX,Y,ZLocationinactiveCSx-XLOC>0*Apply-*NODENodenumber：3X,Y>ZLocationinactiveCS:XLOC>0-OK-*Nodes-FillbetweenNds选择节点1和3-*OK（出现CreateNodesBetween2Nodes对话框）-OKNodes-InActiveCS-*NODENodenumber：4X,Y>ZLocationinactiveCS:0»-L-OK-Elements-*AutoNumberedThruNodes（出现ElemenIS对话框）-*选择节点1和4-APPIyf选择节点2和4-APPly-选择节点3和4-OK（8）设置求解输出控制ANSYSMainMenu:Preprocessor-Loads-*LoadStepOpts-*OutputCtrls-*SoluPrintout（出现SolutionPrintoutControls对话框）-FREQPrintfrequencyfEveryNthsubsteptValueofN：1-*OK（9）模型加约束及载荷ANSYSMainMenu:Preprocessor-*Loads_*DefineLoads-Apply-*Structural-Displacement-*OnNodes选择节点1,2和3-OK（出现APPlyU,ROTonNodes对话框）-*Lab2:AHDOFiVALUE:0-OKANSYSMainMenu:Preprocessor-*Loads-*DefineLoads-*Apply-*Structural-*ForceZMoment-*OnNodes1选择节点4OK（出现APPlyF/MonNodeS对话框）-Lab:FY：VALUE:-51961.50K（1。）求解（施加Fl求解）ANSYSMainMenu:Solution-*Solve-CurrentLS（出现SolveCurren（LoadStep对话框，关闭/STATUSCommand记事本）-*OK-*Close（关闭出现的SolUIioniSdOne消息框）（11）提取节点4Y方向的位移，赋给变量DEFANSYSUtilityMenu：Parameters-GetScalarData.（出现GetScalarData对话框）选择Resultdata,Nodalresults_*OK（出现GetNodalresultsData对话框）-*Name:DEF;NodenumberN：4Reselutsdatatoberetrieved：DOFsolution*UYOK（12）设置求解及输出控制ANSYSMainMenu：FinishANSYSMainMenu：Solution-*AnalysisType-*SonControls-*Basic（出现SolUIioneonlroIS对话框）-*TimeControl*Automatictimestepping：On；Numberofsubsteps：IOjWriteItemstoResultsFile：Allsolutionitems：Frequency：WriteeveryNthsubstep*N：10-*OK（13）施加载荷ANSYSUtilityMenu：Plot-MuIti-PIotsANSYSMainMenu：SolutionDefineLoads-Apply-Structural-ForceZMoment_*OnNodes-选择节点4OK（出现APPlyF/MonNodes对话框）-Lab:FY；VALUE:-8196L5-*OK（14）求解（施加F2求解）ANSYSMainMenu：Solution-*Solve-CurrentLS（出现SOlVeCurrentLoadStep对话框，关闭/STATUSCommand记事本）-OK-*Close（关闭出现的SolUIioniSdOne消息框）（15）设置求解及输出控制ANSYSMainMenu：SolutionAnalysisIyPe_*SonControls-*Basic（关闭出现的Warning对话框，出现SOIUIionControls对话框）TimeControl*Numberofsubsteps：5Frequency：WriteeveryNthsubstep9N：5-*OK（16）施加载荷ANSYSUtilityMenu：Plot-MuIti-PIoUANSYSMainMenu：Solution-DefineLoads-Apply-Structural-ForceZMoment_*OnNodes-选择节点4OK（出现APPIyF/MonNodes对话框）-Lab:FYlVALUE:0OK（17）求解（卸载求解）ANSYSMainMenu：Solution-*Solve->CurrentLS（出现SolVeCurrentLoadStep对话框，关闭/STATUSCommand记事本）-OK-*Close（关闭出现的SoIUIiOniSdOne消息框）（18）提取单元2的应力，赋给变量STRSSANSYSMainMenu：GeneralPostproc-*ElementTable-DefineTable（出现ElementTableData对话框）-*ressAdd.（出现DenneAdditionalElementTableItems对话框）-*Lab：STRS:Item,Comp：LS.1-*OK-CLOSE（关闭ElememTableDala对话框）ANSYSUtilityMenu：Parameters-*GetScalarData.（出现GetScalarData对话框）-选择Resultdata.Elemtabledata_*OK（出现GelElementTableData对话框）Name：STRSS;ElementnumberN：2OK（19）列出所有参数值ANSYSUtilityMenu：List-Status-ParametersAHParameters（出现一文本文件列出所有的参数值）（20）退出系统ANSYSUtilityMenu：File-*Exit.-*SaveEverything-*OK【ANSYS算例】9.2（2,三杆结构塑性卸载后的残余应力计算（命令流）针对【ANSYS算例】9.2（1）的GUl操作，提供完整的命令流。解答：给出的命令流如下。!%ANSYS算例9.2(2)%begin%/PREP7!进入前处理ANTYPE.STATIC!设置为静力结构分析ET,LLINKl!选取单元类型1（单向杆单元）R.l,l!设置实常数，截面积为1MP.EX.1.30E6!定义材料的弹性模量（1号材料）TB,BKIN!设置双线性随动硬化模型Tbtemr100!定义数据表的设置温度100TBDATA,1,30000!定义数据表（仅为1个数），这里为屈服应力值30000L=100!设置一个参数L*AFUN,DEG!设置角度函数的单位为度THETA=30!设置一个参数THETAXLOC=L*TAN(THETA)!进行函数计算N.1,-XLOC!生成节点1N,3.XLOC!生成节点3FILL!在1号节点与3号节点之间进行填充生成（即生成2号节点）N,4,L!生成节点4E,l,4SE.2,4$E,3,4!分别由两节点生成单元（这里的$符号为将多行命令流写成一行）OUTPR.1!设置输出DJ,ALL,”3!对节点123施加所有固定的位移约束E4,FY,-51961.5!在节点4处施加力FY=-51961.5FINISH!前处理结束/SOLU!进入求解模块SOLVE!求解FINISH!退出求解模块/POST1!进入一般的后处理BOT.NODE=NODE(0,-100,0)!获取位置为(0,-1000)的节点编号，并赋值给BOT.NODE*GET,DEF,NODE.BOT_NODE,U,Y!获取BOT.NODE节点处的位移UY,并赋值给DEFFINISH/SOLUAUTOTS.ON!下面针对加载过程nsubst,ioOUTPR.10F,4,FY,-81961.5SOLVE!卜.面针对卸载过程!结束后处理!进入求解模块!将自动加载步长开关打开!设定载荷子步的数量，10步!结果输出的设置，每10步输出一次!在节点4处施加力FY=-81961.5!求解!（ANSYS是按照节点载荷的状态来进行加载的，卸载时的节点载荷状态为无载荷，这时应加零载）!（对于非线性计算，ANSYS自动将后面的子步计算结果在前一次计算结果上进行叠加）NSUBST,5OUTPR.5F.4.FY!设定载荷子步的数量，5步!结果输出的设置，每5步输出一次!在节点4处施加力FY=O,实际上是卸载SOLVE!求解FINISH!结束计算/POSTl!进入一般的后处理ETABLEtSTRSXSJ!针对杆单元,建立单元列表STRS,通过LS及特征号1来获得单元的轴向应力*GET,STRSS,ELEM,2,ETAB,STRS!在单元列表STRS中，提取2号单元的应力，并赋值给STRSS*status,parm!列出所有参数的实际内容!%ANSYS算例9.2(2)%end%