Solver案例分享：標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析

引言：結(jié)構(gòu)有限元軟件iSolver已發(fā)展到一定階段，現(xiàn)采用結(jié)構(gòu)有限元軟件iSolver進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，iSolver可使用Abaqus作為前后處理工具，本文以標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸(CT)試樣的彈塑性分析為例，將iSolver求解器和Abaqus計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，比對(duì)兩種有限元軟件的計(jì)算結(jié)果。

斷裂試驗(yàn)試樣是指帶有預(yù)制裂紋的用以測(cè)定材料斷裂韌性的試樣。試樣形式、幾何尺寸、各部分比例、裂紋預(yù)制方法與尺寸等在相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中都有規(guī)定。

常用的斷裂試樣有：(1)三點(diǎn)彎曲（TPB)試樣；（2)緊湊拉伸(CT)試樣；（3)中心裂紋板(CCP)試樣；（4)單邊裂紋板(SECP)試樣；（5）雙邊裂紋板(DECP)試祥；(6)拱形試樣。

                                      圖1 CT試樣

緊湊拉伸試件（CT）是與一種根據(jù)ASTM和ISO標(biāo)準(zhǔn)制造的缺口試樣。CT試樣廣泛用于斷裂力學(xué)和腐蝕測(cè)試領(lǐng)域，以獲取材料的斷裂韌性和疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)。

圖2 CT試樣示意圖

通過(guò)使用疲勞試驗(yàn)機(jī)，在樣品孔中的銷(xiāo)釘施加周期性載荷來(lái)產(chǎn)生疲勞裂紋。疲勞裂紋將從缺口處開(kāi)始，逐漸延伸到整個(gè)樣品。通常通過(guò)測(cè)量隨裂紋擴(kuò)展而變化的試樣的順應(yīng)性來(lái)監(jiān)測(cè)裂紋的長(zhǎng)度，也可以通過(guò)使用光學(xué)顯微鏡直接測(cè)量以測(cè)量裂紋尖端的位置來(lái)監(jiān)測(cè)裂紋的長(zhǎng)度，或者根據(jù)裂紋口張開(kāi)或引伸計(jì)讀數(shù)間接監(jiān)測(cè)裂紋的長(zhǎng)度。對(duì)于軋制材料，缺口應(yīng)與材料最薄弱的軋制方向?qū)R。這將確保所獲得的所有結(jié)果都是保守的。

問(wèn)題描述：

下面以一個(gè)CT試樣為例，對(duì)其進(jìn)行彈塑性分析，計(jì)算其應(yīng)力分布及位移分布。在計(jì)算過(guò)程中，采用國(guó)際單位制：長(zhǎng)度（mm）、質(zhì)量（g）、力（N）、應(yīng)力（MPa）、時(shí)間（秒，s）

操作：

CT試樣模型如圖所示。模型彈性模量E=150GPa，泊松比v=0.3的彈塑性各向同性材料。

圖3 材料的塑性

 

圖4  CT試樣載荷邊界

設(shè)定好材料參數(shù)和載荷后，劃分網(wǎng)格。采用六面體單元C3D8劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量14776。檢查網(wǎng)格后提交計(jì)算。

圖5 劃分網(wǎng)格

分別采用Abaqus和iSolver求解器進(jìn)行計(jì)算。

圖6分別提交Abaqus和iSolver求解器計(jì)算

計(jì)算結(jié)果對(duì)比：

對(duì)比兩者的計(jì)算結(jié)果。以下是應(yīng)力分布的對(duì)比。

圖7  Abaqus和iSolver計(jì)算的應(yīng)力分布對(duì)比

圖7中，上圖是abaqus計(jì)算的結(jié)果，最大應(yīng)力407.1MPa，位于節(jié)點(diǎn)3252處，下圖是iSolver求解結(jié)果，最大應(yīng)力406.9MPa，位于節(jié)點(diǎn)3252處。二者計(jì)算結(jié)果基本一致。

位移分布的對(duì)比：

圖8  Abaqus和iSolver計(jì)算的位移分布對(duì)比

圖8中，上圖是abaqus計(jì)算的結(jié)果，最大位移0.1321mm，位于節(jié)點(diǎn)1268處，下圖是iSolver求解結(jié)果，最大位移0.1321mm，位于節(jié)點(diǎn)1268處。二者計(jì)算結(jié)果基本一致。