abaqus彎曲應(yīng)力的案例
【客觀應(yīng)力率】Abaqus折疊屏材料彎曲模擬
可折疊顯示設(shè)備日益走進(jìn)我們的生活，對(duì)此類屏幕分析驗(yàn)證是當(dāng)今CAE工程師面臨的難題之一，因?yàn)楸仨氁紤]多層堆疊的復(fù)合材料，并進(jìn)行90度彎曲、展開的大變形模擬；另外，為了預(yù)測它的耐用性，需要確定以何種損傷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估。執(zhí)行這種高度復(fù)雜的顯示器分析，先決條件是進(jìn)行精確的應(yīng)力、應(yīng)變計(jì)算，在此之前，工程師必須要了解一個(gè)基本概念，那就是“客觀應(yīng)力率”。
01
小張的困惑：線彈性材料的“殘余應(yīng)力”！
小張是訓(xùn)練有素的CAE工程師，有一天，他接到一個(gè)分析任務(wù)：折疊屏材料的彎曲有限元分析，心想，還真是趕時(shí)髦呀，來吧。
供應(yīng)商提供了某一層材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線，筆直的讓人能口算出彈性模量，試驗(yàn)部門也提前告知了彎曲試驗(yàn)完全在此應(yīng)變范圍進(jìn)行加、卸載。于是，小張確信用線彈性本構(gòu)無疑，一頓操作，下班前竟完成了彎曲試驗(yàn)對(duì)標(biāo)：仿真得出來的應(yīng)力、應(yīng)變、彎矩和試驗(yàn)結(jié)果完全一致。
折疊屏某層材料90°彎曲仿真-加載
正要高興的時(shí)候，他看到了卸載的計(jì)算結(jié)果：
卸載后的應(yīng)力、應(yīng)變
線彈性材料加、卸載怎么會(huì)出現(xiàn)“殘余應(yīng)力”？于是他又校核了一下模型：線彈性材料模型、靜力學(xué)分析，幾何非線性，ALM接觸、沙漏控制，一切都很合理，否則前面的試驗(yàn)對(duì)標(biāo)不會(huì)這么順利，然而并沒有定義塑性啊，為什么材料會(huì)表現(xiàn)出如此強(qiáng)烈的路徑依賴性？
就算是數(shù)值誤差，也不可能在這個(gè)量級(jí)的吧？
展開 奇怪：線性化后的薄膜+彎曲應(yīng)力值竟然大于最大總應(yīng)力值？
線性化究竟是如何對(duì)薄膜、彎曲、峰值應(yīng)力進(jìn)行劃類的？
六應(yīng)力分量法存在的缺陷
等效線性化處理方法的基本思想來自材料力學(xué)和板殼理論中薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力（它們都是截面上的正應(yīng)力）沿截面均勻分布和線性分布的現(xiàn)象。由材料力學(xué)的知識(shí)可知：彎曲應(yīng)力沿截面的分布規(guī)律是線性分布的，而橫剪應(yīng)力沿截面的分布規(guī)律應(yīng)該是拋物線分布的，如下圖所示：
彎曲應(yīng)力的最大值在截面的上下表面處，在中面處為零；而橫剪應(yīng)力則恰恰相反，在上下表面處應(yīng)力值為零，在中面處應(yīng)力值最大，即彎曲應(yīng)力最大的表面處橫剪應(yīng)力為零，反之， 在橫剪應(yīng)力最大的中面處彎曲應(yīng)力為零。所以在材料力學(xué)和板殼理論中強(qiáng)度校核都是嚴(yán)格的按兩步進(jìn)行：先校核表面處薄膜+彎曲應(yīng)力能否滿足強(qiáng)度要求，再校核中面處薄膜應(yīng)力+橫剪應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求，這才是正確完整的校核步驟。
而現(xiàn)用的等效線性化處理方法則忽略了這一基本思想，而是把6個(gè)應(yīng)力分量一視同仁，都作線性化處理并混到一起去計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度，這種一視同仁做法的結(jié)果就是：
（1）原本沿截面拋物線分布且在上下表面處本應(yīng)該為零的橫剪應(yīng)力按六應(yīng)力分量法線性化等效處理后變成了沿截面均勻分布的平均剪應(yīng)力，即在上下截面處人為的增加了虛假的剪應(yīng)力分量，而這個(gè)平均剪應(yīng)力按等效處理又被劃歸為薄膜應(yīng)力成分，這就最終導(dǎo)致了線性化后的薄膜應(yīng)力增大，進(jìn)而薄膜+彎曲應(yīng)力也相應(yīng)增大，甚至當(dāng)應(yīng)力分布曲線下凹時(shí)也會(huì)出現(xiàn)薄膜+彎曲應(yīng)力＞總應(yīng)力的奇怪現(xiàn)象，這將直接影響PL+Pb和PL+Pb+Q兩項(xiàng)應(yīng)力評(píng)定的準(zhǔn)確性。
（2）橫剪應(yīng)力的影響會(huì)導(dǎo)致主應(yīng)力方向在x-z平面內(nèi)逐漸的旋轉(zhuǎn)（如下圖所示），進(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)力強(qiáng)度呈曲線分析的趨勢，與實(shí)際應(yīng)力分布規(guī)律不符。
展開 非對(duì)稱彎曲梁的正應(yīng)力分析（一）
材料力學(xué)中，我們主要研究的是對(duì)稱彎曲下純彎曲梁橫截面上的正應(yīng)力計(jì)算，并推廣到橫力彎曲的情況。
當(dāng)梁不具有對(duì)稱平面（如下圖1）
，或者梁雖具有縱向?qū)ΨQ平面，但外力不作用在該平面時(shí)
（如下圖2
）
，梁將發(fā)生
非對(duì)稱彎曲。
當(dāng)梁發(fā)生非對(duì)稱彎曲時(shí)，對(duì)稱彎曲的正應(yīng)力計(jì)算公式將
不再適用
。經(jīng)過推導(dǎo)，廣義上的彎曲正應(yīng)力計(jì)算公式為：
非對(duì)稱彎曲問題求解
以下題為例，討論非對(duì)稱彎曲正應(yīng)力的材料力學(xué)解法與ANSYS解法：
例題：跨長
L=4m的簡支梁，由工字梁鋼制成，橫截面尺寸如下圖。作用在梁跨中點(diǎn)處的集中力
F=50kN，
力F的作用線與橫截面鉛垂對(duì)稱軸間的夾角Φ=15°，且通過截面的形心，求梁的最大正應(yīng)力。
一、基于廣義彎曲正應(yīng)力公式的計(jì)算：
根據(jù)題意：力F的作用線與橫截面鉛垂對(duì)稱軸間的夾角Φ=15°，可知該問題為梁的非對(duì)稱彎曲問題，我們首先繪制出該梁的總彎矩圖如下：
總彎矩Mmax = 50000 N·m
總彎矩在
兩形心主慣性平面xz和xy內(nèi)的分量分別為：
My,max = Mmax × sinΦ = 12940.95 N·m
Mz,max = Mmax × cosΦ = 48296.29 N·m
工字梁截面的y、z軸均為形心主慣性矩，截面對(duì)y、z 軸的慣性積Iyz=0。
展開 非對(duì)稱彎曲梁的正應(yīng)力分析（二）
上一篇文章我們討論了梁非對(duì)稱彎曲的第一種情況，即梁具有縱向?qū)ΨQ平面，但外力不作用在該平面內(nèi)的情況。這篇文章，我們將討論梁非對(duì)稱彎曲的第二種情況——梁不具有縱向?qū)ΨQ平面。
例題：一Z型型鋼制成的兩端外伸梁在
z平面內(nèi)承受均布載荷
q = 20kN/m，其計(jì)算簡圖如下。已知梁截面對(duì)形心軸y、z的慣性矩和慣性積分別為
Iy=2.8283×106mm
4
，
Iz=
1.9313
×107
mm4
，
Ixy=5.32×106 mm4
。
求梁的最大正應(yīng)力。
一、基于廣義彎曲正應(yīng)力公式的計(jì)算：
根據(jù)題意，該梁為Z型型鋼，不具備縱向?qū)ΨQ平面，可知該問題為梁的非對(duì)稱彎曲問題，我們首先繪制出該梁的總彎矩圖如下：
經(jīng)過計(jì)算，最大彎矩：
Mmax = 12500 N·m
根據(jù)廣義上的彎曲正應(yīng)力計(jì)算公式可得最大正應(yīng)力：
σmax
= 146.95 MPa
二、基于ANSYS的計(jì)算：
使用ANSYS求解該問題時(shí)，我們從以下幾個(gè)方面入手：
1. 確定分析類型：根據(jù)例題所示結(jié)構(gòu)，確定分析類型為
靜力學(xué)分析；
2. 確定單元類型：該結(jié)構(gòu)為梁結(jié)構(gòu)，結(jié)果需要輸出彎矩圖，因此分析時(shí)使用Beam單元；
Step1
梁模型建模
根據(jù)例題中提供的梁模型尺寸，我們?cè)赟CDM中建立梁模型。建模時(shí)應(yīng)注意把受力點(diǎn)建出來，方便我們施加載荷。
展開 
【算例驗(yàn)證】圓平板彎曲的撓度和應(yīng)力計(jì)算
計(jì)算圓平板的撓度和應(yīng)力。
二、問題分析
由于板很薄，采用帶厚度的板殼單元模型計(jì)算。分別采用ANSYS經(jīng)典版和Workbench版進(jìn)行分析。
三、計(jì)算結(jié)果
取5 mm、10 mm、20 mm和40 mm的單元尺寸，對(duì)圓平板進(jìn)行單元離散，對(duì)比單元尺寸對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。
四、命令流
/PREP7
ET,1,SHELL281 !SHELL181或SHELL281
KEYOPT,1,8,2 !平面應(yīng)力
MP,EX,1,2e5
MP,PRXY,1,0.3
sect,1,shell,,
secdata, 10,1,0.0,3
secoffset,MID
seccontrol,,,, , , ,
CYL4, , ,100
/VIEW,1,1,1,1
/VUP,1,Z
/REPLOT
ESIZE,esize1,0,
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,0
AMESH,1
LSEL,S,EXT
DL,all, ,UX
DL,all, ,UY
DL,all, ,UZ
SFA,ALL,2,PRES,2
FINISH
/SOL
SOLVE
FINISH
/POST1
PLNSOL, U,SUM, 0,1.0
RSYS,1
PLNSOL, S,X, 0,1.0
PLNSOL, S,Y, 0,1.0
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展開 長期以來關(guān)于大開孔邊緣彎曲應(yīng)力的疑惑？性質(zhì)和評(píng)定究竟該如何確定？
因而準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和判定開孔邊緣處彎曲應(yīng)力性質(zhì)對(duì)于采用應(yīng)力分類法進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定是至關(guān)重要的。
大開孔邊緣彎曲應(yīng)力性質(zhì)的考證
基于上文的總結(jié)，已明確了四種觀點(diǎn)下彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的原因、方向和性質(zhì)，一次彎曲應(yīng)力和二次彎曲應(yīng)力的方向恰恰是不同的，因此便提出一種方法：可根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果中應(yīng)力的方向來判定彎曲應(yīng)力的成分是一次的或是二次的；可根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果中應(yīng)力數(shù)值的大小來判定一次彎曲應(yīng)力和二次彎曲應(yīng)力所占的比重，即考察應(yīng)力大小主要是由何種方向（即何種性質(zhì)）構(gòu)成的，以此來考證兩種性質(zhì)的應(yīng)力在構(gòu)成應(yīng)力數(shù)值中分別所占的比重。如按下圖4的例子來進(jìn)行分析判斷：
圖4 圓筒大開孔應(yīng)力分布云圖
圖4(a)的應(yīng)力強(qiáng)度是由圖4(b) 4(c) 4(d)三個(gè)方向的主應(yīng)力構(gòu)成的。由圖4(a)和圖4(b)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：環(huán)向應(yīng)力分布云圖4(b)和總應(yīng)力分布云圖4(a)不僅應(yīng)力分布云紋線極其相似，且數(shù)值也極為接近，最大應(yīng)力點(diǎn)處環(huán)向應(yīng)力和總應(yīng)力值分別為195.512Mpa和196.34Mpa（僅相差0.4%），此兩圖應(yīng)力分布的一致性及應(yīng)力相接近的事實(shí)，可證實(shí)該處總應(yīng)力主要是由環(huán)向應(yīng)力決定的。另外沿圓筒的軸向應(yīng)力僅為20Mpa，而徑向應(yīng)力為負(fù)值-5Mpa左右，進(jìn)一步判斷出總應(yīng)力主要是由環(huán)向應(yīng)力構(gòu)成的，其余兩個(gè)方向的應(yīng)力影響很小，因此便可根據(jù)前文判斷：沿圓筒的環(huán)向應(yīng)力產(chǎn)生的原因主要是ASME標(biāo)準(zhǔn)中“靜力平衡”觀點(diǎn)和“等值拉壓開孔平板孔邊彎曲應(yīng)力”觀點(diǎn)引起的，而這兩種觀點(diǎn)引起的彎曲應(yīng)力均為一次應(yīng)力，故最終可判斷出圖4(a)中的應(yīng)力主要為環(huán)向的一次彎曲應(yīng)力。
展開 四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的Abaqus仿真復(fù)現(xiàn) 附abaqus各版本安裝包下載
彎曲試驗(yàn)通常有三點(diǎn)彎曲和四點(diǎn)彎曲，一般三點(diǎn)彎曲為主。本文介紹四點(diǎn)狀態(tài)下的彎曲過程仿真。彎曲試驗(yàn)通常針對(duì)手機(jī)、電視鏡面、某些平面材料等一些結(jié)構(gòu)，研究其彎曲特性，對(duì)其跌落破碎等工況的模擬有非常重要的意義。
四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置及過程如圖1所示。由于壓頭位置不同，有四點(diǎn)1/4彎曲、四點(diǎn)1/3彎曲的方式，這里以四點(diǎn)1/4彎曲為例，如圖2所示。
圖1 彎曲實(shí)驗(yàn)室示意圖
圖2 四點(diǎn)1/4彎曲示意圖
基于上述背景，我們?cè)?em>Abaqus中進(jìn)行建模，模型如圖3所示，其中壓頭及支撐作為剛體。
圖3 Abaqus仿真模型
這里我們建立一個(gè)顯式動(dòng)力學(xué)分析過程，輸入材料的彈性參數(shù)和應(yīng)力—應(yīng)變數(shù)據(jù)（如圖4所示），壓頭位置我們施加位移載荷，仿真時(shí)間0.2s，提交計(jì)算。
圖4 材料設(shè)置
最后仿真結(jié)果如圖5圖6所示。由于作者并未進(jìn)行所謂試驗(yàn)，所以嚴(yán)格來講題目不能叫復(fù)現(xiàn)，不過單純作為一個(gè)學(xué)習(xí)的案例還是可行的，供大家參考。
展開 abaqus四點(diǎn)彎曲不收斂
Abaqus/Standard Analysis exited with an error - Please see the message file for possible error messages if the file exists.
Path based tracking is defined in contact pair (assembly__pickedsurf43,assembly_part-2-1_rigidsurface_). Path based tracking cannot be used with analytical rigid master surfaces, the state based tracking algorithm will be used instead.
Path based tracking is defined in contact pair (assembly__pickedsurf45,assembly_part-2-2_rigidsurface_). Path based tracking cannot be used with analytical rigid master surfaces, the state based tracking algorithm will be used instead.
Solver problem. Zero pivot when processing D.O.F. 1 of 1 nodes. The nodes have been identified in node set WarnNodeSolvProbZeroPiv_1_1_5_5_1.
展開 Abaqus 鈑金彎曲成型 ￥5
Abaqus 鈑金彎曲成型，沖壓，自做模型，內(nèi)附操作視頻，cae,inp文件
ABAQUS 訂書釘彎曲分析案例 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會(huì)得到什么：
1、掌握訂書釘彎曲分析部件的三維模型繪制
2、理解訂書釘彎曲分析的顯示動(dòng)力學(xué)分析步的建立
3、學(xué)習(xí)訂書釘彎曲分析接觸分析的相互關(guān)系的設(shè)置
4、了解顯示動(dòng)力學(xué)網(wǎng)格的劃分
5、學(xué)習(xí)位移載荷的施加
6、學(xué)習(xí)結(jié)果后處理的查看與對(duì)比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了使用ABAQUS進(jìn)行訂書釘彎曲分析。
本案例提供了分析相關(guān)的分析文件。
?
【abaqus】個(gè)人筆記—應(yīng)力奇異&應(yīng)力平均&應(yīng)力集中
【abaqus】個(gè)人筆記—應(yīng)力奇異&應(yīng)力平均&應(yīng)力集中
Abaqus三點(diǎn)彎曲仿真案例講解
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abaqus鋼梁四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)
buckle分析?riks分析，模擬荷載位移曲線沒有下降段，該怎么修改啊
FRP格柵約束混凝土板四點(diǎn)彎曲ABAQUS模型 ￥11.99
在建立模型時(shí)候，采用的是1/4模型進(jìn)行建立，這樣可以減少模型的計(jì)算時(shí)間，是一種高效的ABAQUS建模方法。在Part部分，C代表的混凝土板，F(xiàn)RP-Jing和FRP-Wei分別代表徑向和緯向的FRP格柵支，目的是為了區(qū)別兩個(gè)方向的FRP的性能不一致。L代表的是支座和加載塊，按照離散剛體建立。
在屬性部分，混凝土采用塑性損傷模型，具體的模型在付費(fèi)內(nèi)容中提供了Excel表格，直接輸入抗壓強(qiáng)度即可替換。FRP的材料按照彈性材料進(jìn)行輸入，并按照最大的抗拉強(qiáng)度作為結(jié)束點(diǎn)。
在裝配部分，是1/4模型，并且建立參考點(diǎn)，為了施加荷載，建立參考點(diǎn)。并且為了網(wǎng)格的劃分，相應(yīng)的切割混凝土板，使得混凝土板的網(wǎng)格和加載塊的網(wǎng)格對(duì)齊。
分析步時(shí)候采用靜力，通用，打開幾何非線性，并且設(shè)置合適的增量步數(shù)和增量步大小，矩陣存儲(chǔ)選擇非對(duì)稱。
在相互作用部分建立支座及加載塊與混凝土塊的面面接觸，并且對(duì)FRP格柵采用內(nèi)置于混凝土板內(nèi)，不考慮其粘結(jié)滑移。
在荷載部分，因?yàn)椴捎玫?/4模型，因此對(duì)兩個(gè)對(duì)稱面要分別設(shè)置XSYMM和YSYMM，并且在支座的參考點(diǎn)設(shè)置約束U1U2U3UR1,并且在加載點(diǎn)設(shè)置位移加載
其余更多細(xì)節(jié)再付費(fèi)部分
付費(fèi)部分提供了該模型的CAE和混凝土塑性損傷模型的Excel
展開 Abaqus薄板彎曲變形分析實(shí)
ABAQUS提供了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的接觸建模能力，接觸中各種表面間的各類摩擦性質(zhì)可以建立相應(yīng)的模型模擬，來符合不同接觸行為的要求。
本文采用Abaqus/Standard求解器，進(jìn)行薄板彎曲變形分析，用以簡單展示ABAQUS接觸建模及其分析功能。
1、 計(jì)算模型
如圖1所示，懸臂梁左端受剛性模具固定，右端受移動(dòng)模具下壓產(chǎn)生變形。
2、 有限元模型
建立有限元模型，創(chuàng)建穩(wěn)態(tài)分析步，分析薄板和剛性表面間的接觸，平板使用實(shí)體平面應(yīng)變單元CPE4I, 該單元沿板厚方向只需要一個(gè)單元即可以準(zhǔn)確模擬彎曲行為。剛性表面以解析剛性面模擬。
3、 接觸建立
ABAQUS中，接觸的一般需要三個(gè)步驟。
首先定義接觸表面。剛性表面一般作為接觸對(duì)的主面，本例中將剛性模具的面定義為主面，薄板面為從面。
進(jìn)而定義接觸對(duì)。選擇發(fā)生接觸的主從面定義為接觸對(duì)。
最后定義接觸屬性。包括接觸類型，以及摩擦系數(shù)等相關(guān)接觸參數(shù)。本例選擇無摩擦的光滑接觸屬性。
本案例共包括三個(gè)接觸對(duì)，分別為三個(gè)剛性模具與薄板之間的接觸。
完成接觸設(shè)定后，對(duì)模型設(shè)定相關(guān)邊界條件：上下模具完全固定，沖頭向下移動(dòng)60mm。薄板左端固定。
在此邊界條件下，沖頭向下移動(dòng)時(shí)，薄板上的三個(gè)接觸對(duì)發(fā)生作用，使得薄板右端發(fā)生彎曲。
4、 接觸輸出
接觸設(shè)定中，對(duì)于多有表面的接觸信息，可以設(shè)定接觸應(yīng)力、接觸位移等接觸輸出信息。
5、 分析結(jié)果
如圖所示，計(jì)算完成后薄板發(fā)生預(yù)想彎曲。案例設(shè)定了接觸應(yīng)力輸出，接觸應(yīng)力包括接觸壓力、摩擦剪切力的輸出，均可以在后處理中進(jìn)行相應(yīng)結(jié)果顯示。圖中所示云圖所示為接觸壓力云圖。
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