冯米塞斯应力

在分析一个弹塑性零件在受力后是否失效时,常用第四强度理论来判断结构是否失效,第四强度理论的失效判断准则是冯米赛斯应力。

其表达式为:

vonmises应力

上面表达是中的σ1、σ2、σ3分别对应着第一主应力、第二主应力、第三主应力,其关系为σ1>σ2>σ3。

σ1为第一主应力即最大拉应力常用来判断脆性材料是否失效。

σ3为第三主应力即最大压应力常用来判断受压类脆性材料是否失效。

应力应变图

下图是弹塑性材料的应力应变曲线,在solidworks的静力学分析中只能分析弹性阶段,也就是ob这一段,ob的斜率就是弹性模量E。

在solidworks的非线性计算中允许我们对塑性变形进行计算,在材料参数的定义中增加了be这一段的数据,be的斜率是剪切模量G。

从e点开始,结构的应力超过了强度极限,结构会发生更大的破坏,这个阶段在结构的局部会出现缩径现象。

由于solidworks对弹塑性材料的本构关系采用的是双线性模型,没有结构破坏的计算模型,无法计算到e点后端的变化。

solidworks有限元分析入门知识-材料及应力应变曲线

solidworks单轴拉伸的应力应变

模型建立

建立一个简单的单轴拉伸试棒,后面的分析中采用轴对称模型进行分析。

下图中草图绘制完成后,使用平面区域命令建立一个平面实体。

vonmises应力

非线性分析

建立一个2D简化的轴对称非线性分析算例。

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材料设置

选定材料将材料复制到自定义材料中,这里选择合金钢。只有在自定义材料中,我们才可以对材料的参数进行修改。

复制好材料后,将材料的模型类型更改为塑性,为材料设置本构模型。

vonmises应力

在前面介绍了solidworks的非线性分析中材料的本构关系只能采用双线性模型,在下图中表格和曲线中选择应力应变曲线,可以手动输入材料的应力应变实测数据。

数据输入完成后在计算中会优先使用输入的数据进行计算。

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夹角固定及载荷添加

将试棒的一端固定,另外一端施加一个3mm的强制位移。

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求解及结果分析

由于前面给定了3mm的强制位移,这个试棒在拉伸的过程中受到的应力一定会超过屈服点到达塑性变形的范围。

计算完成后,在应力查看中选择探测结果,选择试棒中间应力最大的点,然后在报告选项中选择响应,在响应图表中观察一下应力随时间的变化关系。

在应力随时间的变化关系图中可以很清楚的看到试棒在拉伸过程中应力的变化情况,在弹性变形范围内的变形很小,应力上升速度快,达到塑性变形范围内,应力上升的速度就缓慢多了,试棒的变形速度反而很快。整个曲线的变化趋势和前面输入的材料的双线性应力应变曲线是一致的。

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