ansys中鋼的彈性模量
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys中鋼的彈性模量的實例教程
由于鐵(Fe)的密度與其他輕質合金(例如Al、Mg)相比較高，鋼的比強度(YS/ρ和UTS/ρ)通常處于劣勢，而剛度是相似的。通過先進的合金化和微結構工程，鋼的特殊強度可以顯著提高，達到或超過先進輕合金的水平。但是，用于提高比強度的策略對鋼的楊氏模量(190-210 GPa)沒有顯著影響，比剛度大約為24-26 GPa·cm3/g，因此，高強度鋼制成薄壁部件時無法抵抗較小的變形，例如彎曲撓曲。通過結合剛性和輕質陶瓷相，可以同時提高鋼的比強度和比剛度（例如加入二硼化鈦TiB2），但是基于Fe-TiB2復合材料制備高模量鋼（HMS）存在著增強的機械性能和主流生產制造之間權衡的一大難題。
來自美國加利福尼亞大學、北京科技大學等單位的研究人員提出了新的概念，使用低體積分數的納米顆粒（TiB2）生產高性能高模量鋼（HMS），研究納米處理的Fe-Ti-BHMS的微觀結構，相較于傳統HMS力學性能更高，屈服強度達510MPa，抗拉強度達950MPa，同時保持高楊氏模量、低密度和延展性，滿足大規模生產條件。相關論文以題為“Nano particle enabled high performance high modulus steels”發表在Scripta Materialia。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113954
本文通過熔融鹽混合物將少量異質形核劑TiB2納米顆粒（7.35%-12%）加入到共晶Fe-5.53Ti-2.29B中，此過程稱為納米處理（NT），而后以小于5K/s的冷卻速率緩慢凝固（接近平衡凝固）。冷卻后將鑄錠在1050℃鍛造成矩形棒，后進行爐冷以消除殘余應力。
展開 做有限元分析材料參數很重要，發一些材料的力學性能的參數，包括電工硅鋼 普通碳素鋼 碳素結構鋼 碳素工具鋼 優質碳素鋼 合金結構鋼 優質彈簧鋼 等的在常溫下的屈服強度 彈性模量 剪切強度 抗拉強度等力學性能參數。
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鋼鐵的力學性能.rar
/PREP7
*SET,ALPH,0.5
*SET,TEMP,1
a=100
c1=0.4988
c2=1-c1
r1=sqrt(c1*a*a/3.1415926*4)
ET,1,PLANE42
KEYOPT,1,3,2
MP,EX,1,83.3
MP,PRXY,1,0.22
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX,1,,ALPH
MPDATA,ALPY,1,,-ALPH
MPDATA,ALPZ,1,,0
MP,EX,2,3.33
MP,PRXY,2,0.35
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX,2,,ALPH
MPDATA,ALPY,2,,-ALPH
MPDATA,ALPZ,2,,0
RECTNG,0,a,0,a,
PCIRC,r1, ,0,90,
AOVLAP,all
wpro,-45.000000,,
wpro,,,-90.000000
asbw,4
WPCSYS,-1,0
WPROTA,-45
CSWPLA,11,0,1,1,
CSYS,11
lsel,s,,,2,4
lsel,a,,,6
LESIZE,ALL, , ,11, ,1, , ,1,
lsel,s,,,10,11
lsel,a,,,1
LESIZE,ALL, , ,6, ,1, , ,1,
lsel,s,,,8,9
LESIZE,ALL, , ,22, ,1, , ,1,
allsel,
TYPE,1
MAT,1
ESYS,11
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,0
amesh,3
TYPE,1
MAT,2
ESYS,11
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
amesh,1,2
展開 STEP 1：選擇材料庫中hyperelastic experiment data 選擇要輸入的材料曲線類型，例如單軸測試數據、雙軸測試數據、剪切測試數據。可只輸入一種或者兩種，或者三種都輸入。數據越多，擬合數據材料性能越接近實驗材料性能，當然也和仿真關注的材料行為有關。
STEP 2：在材料曲線表格里輸入或者直接粘貼材料曲線數據，注意是工程材料曲線。
STEP 3：從hyperelastic模型本構中拖動需要擬合的材料本構模型到材料中，此時可以在材料橡膠本構模型中發現curve fitting選項。
STEP 4：右鍵curve fitting，選擇solve curve fit，擬合好后，然后選擇copy calculated values to property，擬合參數便復制到定義的橡膠本構模型中了。另外，擬合的曲線和實驗曲線均會在圖片中顯示出來，可以對比其重合度，測試哪種本構更適合。
下載地址：Ansys橡膠材料的粘彈性本構模型
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從半空間無限域取一4X2的矩形平面結構，頂部中間一定范圍內受隨時間變化的均布荷載，荷載如下
p(t)=t
當0< DIV>
p(t)=2-t
當1<=t<=2時
p(t)=0
當t>2時
材料彈性模量E=2.5，泊松比0.25，密度1
網格尺寸0.1X0.1，在網格邊界上所有結點加法向和切向combin14號單元用以模擬粘彈性人工邊界（有關理論可參考劉晶波老師的相關文章）。combine14單元的兩個結點，其中一個與實體單元相連，另一個結點固定。網格圖如圖1所示
時程分析的時間步長為0.02秒，共計算16秒。計算得到四個控制點位移時程圖如圖2所示，控制點坐標A(0,2)、B(0,1)、C(0,0)、D(2,2).
計算所用命令流如下：
/PREP7
L=4
!水平長度
H=2
!豎起深度
E=2.5
!彈性模量
density=1
!密度
nu=0.25
!泊松比
dxyz=0.1
!
展開 
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STEP 1：選擇材料庫中hyperelastic experiment data 選擇要輸入的材料曲線類型，例如單軸測試數據、雙軸測試數據、剪切測試數據。可只輸入一種或者兩種，或者三種都輸入。數據越多，擬合數據材料性能越接近實驗材料性能，當然也和仿真關注的材料行為有關。
STEP 2：在材料曲線表格里輸入或者直接粘貼材料曲線數據，注意是工程材料曲線。
STEP 1：選擇材料庫中hyperelastic experiment data 選擇要輸入的材料曲線類型，例如單軸測試數據、雙軸測試數據、剪切測試數據。可只輸入一種或者兩種，或者三種都輸入。數據越多，擬合數據材料性能越接近實驗材料性能，當然也和仿真關注的材料行為有關。
STEP 2：在材料曲線表格里輸入或者直接粘貼材料曲線數據，注意是工程材料曲線。
鋼是最重要的結構材料，因為它資源豐富，成本較低，并且具有范圍最廣的強度和延性組合。由于鐵(Fe)的密度與其他輕質合金(例如Al、Mg)相比較高，鋼的比強度(YS/ρ和UTS/ρ)通常處于劣勢，而剛度是相似的。通過先進的合金化和微結構工程，鋼的特殊強度可以顯著提高，達到或超過先進輕合金的水平。但是，用于提高比強度的策略對鋼的楊氏模量(190-210 GPa)沒有顯著影響，比剛度大約為24-26 GP
本人最近在做瀝青混凝土的有限元模擬分析，模擬瀝青混凝土在靜位移荷載下的變形以及應力應變分析。此時網上教程大多數都是建議瀝青混凝土采用粘彈性本構，并且用ANSYS自帶的粘彈性材料輸入功能如直接用自帶的廣義Maxwell模型、用prony級數模擬廣義Maxwell模型或Burgers 模型。但是結果并不理想，模型并沒有收斂，而且和只輸入彈性模量E以及泊松比u的彈性模型結果一樣，都是在相差不大的加載位移量下發散
ANSYS中橡膠材料的粘彈性本構模型問題，其實也就是prong級數的問題，如何定義以及擬合橡膠的prong級數參數，有研究的朋友可以Q245958758，一起討論交流。
【小干貨】ANSYS中彈性地基的實現方法(一)
在實際項目中，常常遇到需要考慮彈性地基的問題，例如在箱涵結構設計的過程中，需要考慮彈性地基的作用。與常用設計軟件不同，在ANSYS中實現彈性地基較為麻煩，一般說來，分兩種方法：
一、采用可以考慮地基剛度的特殊單元，例如梁單元系列beam44、beam54;殼單元系列shell63;表面效應單元Surf153、Surf154
前面講述了兩期關于ANSYS中彈性地基的實現方法，其方式主要是采用特殊單元定義實常數的方法來解決。這些所謂的特殊單元其實也就是在我們定義該實常數時，軟件會自動創建彈簧，只是該彈簧不能由用戶訪問。除此之外，細心的同學還會發現，該類單元不能實現單向彈簧的作用，這是與實際嚴重不符合的。因而在進行模擬結構可能受拉導致地基彈簧失效的情況時，該類單元是不可用的。
除了可以采用這些特殊單元外，我們也可以自己手動添加彈簧來模擬彈性地基
在實際項目中，常常遇到需要考慮彈性地基的問題，例如在箱涵結構設計的過程中，需要考慮彈性地基的作用。與常用設計軟件不同，在ANSYS中實現彈性地基較為麻煩，一般說來，分兩種方法：
一、采用可以考慮地基剛度的特殊單元，例如梁單元系列beam44、beam54;殼單元系列shell63;表面效應單元Surf153、Surf154等。
二、上述單元之所以可以考慮地基剛度，其原理在于當用戶定義彈性地基剛度后
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/PREP7
*SET,ALPH,0.5
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c1=0.4988
c2=1-c1
r1=sqrt(c1*a*a/3.1415926*4)
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KEYOPT,1,3,2
MP,EX,1,83.3
MP,PRXY,1,0.22
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX
