ansys塑料拉伸的案例
如何選擇拉伸速率，保證塑料拉伸測試的準確度
以斷裂點為起始點向橫作標作垂直線，此時的封閉曲線則為整個拉伸過程中吸收的能量（見圖1中的斜面部分），通常曲面面積大，說明材料的韌性好。
2. 高分子材料在拉伸強度上的分類
由于高分子材料的品種繁多，它們的應力—應變曲線呈現出復雜情況。若按在拉伸過程中屈服點的表現、伸長率大小及其斷裂情況，大致可以分為五種類型。它們是：(1)硬而脆，如聚苯乙烯、有機玻璃和酚醛樹脂；(2)硬而韌，如尼龍、聚碳酸酯；(3)硬而強，如不同配方的硬聚氯乙烯和聚苯乙烯的共混物；(4)軟而韌，如橡膠、增塑聚氯乙烯；(5)軟而弱，如柔軟的凝膠，很少用作材料來使用
3. 拉伸試驗中的速度選擇
試驗速度（空載）
A：（10±5）mm／min，
B：（50±5）mm／min，
C：（100±10）mm／min或（250±50）mm／min。
速度選擇
① 熱固性塑料、硬質熱塑性塑料，用A速。
② 伸長率較大的硬質、半硬質熱塑性塑料（如PP、PA等），用B速。
③ 軟板、片和薄膜用C速。相對伸長率＜100％的用（100±10）mm／min速度，相對伸長率＞100％的用（250±50）mm／min速度。
拉伸速度直接影響測試的結果，相同樣品在不同拉伸速度下得到的結果差異比較大。以下為標準中推薦使用的機速：
在試驗過程中可以發現，當拉伸速率較低時，經過屈服點后試樣出現“細頸”現象，并伴隨有快速的流動性大變形，且細頸從位于夾具端的地方開始擴展，由于縮頸之后試樣的進入大變形擴展階段，試樣截面積變形，拉伸應力隨之降低，因此在應力-應變曲線中出現了“快速擴展平臺”（屈服平臺）。
展開 技術研究 | 沒想到這種方法做拉伸測試，塑料老化壽命差異這么大
一、 案例背景：
拉伸性能是聚合物力學性能中最重要、最基本的性能之一。塑料在使用過程中會受到溫度、濕度等影響而逐漸老化，老化后拉伸強度是對塑料耐老化性能的評估的重要依據。塑料老化后通常會出現粉化、變形等變化，拉伸強度測試準確性降低，因此提升老化后拉伸測試的準確性很有必要。
二、 實驗設計
1 、實驗樣品
A（改性聚丙烯）和B（玻纖增強聚丙烯）
2.1樣品老化
將樣品放入到熱老化烘箱內，老化溫度為150℃，老化至樣品粉化，期間老化24h、48h、168h，264h、480h和600h取出進行拉伸測試。老化溫度為120℃，期間老化24h、48h和168h取出進行拉伸測試。
2.2測試與表征
拉伸測試和處理：拉伸測試速度50mm/min，夾具間距115mm。
三、 實驗探究分析
2.1 不同溫度和時間老化對拉伸強度的影響
實驗中對兩種樣品分別用120℃和150℃進行老化，并在固定時間取樣進行拉伸測試，測試結果如下：
圖1 不同溫度下老化后拉伸強度
從測試結果來看，A（普通改性）隨著老化時間的增加，拉伸強度越來越低，溫度越高，降低的速度和幅度越大；同時在老化168h內，斷裂伸長率變化不大。B(玻纖增強)在120℃老化168h內，拉伸強度在一定的范圍內（±5MPa）波動。老化后，斷裂伸長率無明顯變化，150℃老化比120℃老化后斷裂伸長率較低一些。
2.2 粉化樣條測試方法研究
2.2.1 粉化樣品測試強度測試
在150℃老化600h以后，兩種樣品均出現了分化現象，玻纖增強料B出現浮纖，但是表面較為平整；普通改性A出現了分層現象，樣條粉化嚴重，表面不平整，出現較多裂紋，樣品內部分層， 老化后樣條如圖2。
展開 如何保證塑料拉伸測試的準確度？這幾點建議幫你輕松應對！
測試伸長時應在試樣上被拉伸的平行部分作標線，此標線對測試結果不應有影響。
6. 用夾具夾持試樣時要使試樣縱軸方向中心與上、下夾具中心連線相重合，并且松緊適宜，不能使試樣在受力時滑脫或夾持過緊在夾口處損壞試樣。夾持薄膜試樣要求在夾具內襯墊橡膠之類的彈性薄片。
7. 按所選擇的速度開動機器，進行拉伸試驗。
8. 試樣斷裂后讀取負荷及標距間伸長，或讀取屈服時的負荷。若試樣斷裂在標距以外的部位，則此次試驗作廢，另取試樣補做。
9. 測定模量時測定模量時可用1～5mm／min的拉伸速度，使樣品形量準確至0.01mm。記錄負荷及相應變形量，作應力—應變曲線。
四、影響拉伸檢測結果的六大因素
1. 試驗環境對塑料拉伸檢測的影響
GB/T8804中規定，實驗室環境溫度為（23±2）℃，相對濕度為（50±10）%。
熱塑性塑料的拉伸性能測試受溫度的影響比較大，往往溫度偏高，拉伸強度偏低，伸長率偏大，反之則相反。伴隨著溫度的逐漸上升，熱塑性塑料的拉伸性能也將逐漸由硬脆向粘強轉變，拉伸強度和拉伸彈性模量隨之變小，而斷裂伸長率將同步變大。
實驗相對濕度一般對吸水率比較大的塑料影響較大。一部分塑料吸水率增大以后，水分子在塑料中起到了偶聯劑和增韌劑的作用，從而影響該塑料的剛性和韌性。通過以上實踐可見，塑料的拉伸性能測試必須在恒溫恒濕條件下進行。
2. 材料試驗機對塑料拉伸檢測的影響
材料試驗機（又稱拉力機）的測力傳感器精度、速度控制精度、夾具同軸度和數據采集頻率等是材料試驗機影響拉伸試驗數據的主要因素。
展開 干貨視頻 | ANSYS包裝塑料瓶仿真解決方案
視頻內容
● 包裝塑料瓶產品設計面臨的挑戰；
● ANSYS包裝塑料瓶仿真解決方案；
● ANSYS包裝塑料瓶仿真應用案例；
● 答疑。
課后收獲
● 了解ANSYS產品功能，包括結構力學、拓撲優化、結構熱、熱-結構耦合和流固耦合等；
● 對包裝塑料瓶產品的吹塑成型工藝、壓力測試、密封測試、帶水跌落、結構優化等仿真計算方法和分析流程更加清晰。
干貨視頻 | ANSYS包裝塑料瓶仿真解決方案
課程簡介
1、梳理包裝塑料瓶產品設計過程中碰到的問題；
2、簡要介紹ANSYS在包裝塑料瓶行業典型場景中的應用，如頂壓側壓、瓶蓋扭力、瓶蓋密封性和帶水跌落等工況做相應的仿真解決方案詳細展示；
3、分享塑料瓶結構輕量化仿真應用案例。
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展開 改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench ￥3
改進的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴展分析 - ANSYS Workbench
本教程包括改進的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。
步驟 1：概述
這項工作的主要目的是提出混合模式載荷下線性彈性材料中裂紋擴展路徑的數值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對疲勞裂紋擴展和疲勞壽命的影響。
ANSYS Mechanical（工作臺）利用 ANSYS 中的一項新功能即智能裂紋擴展技術，準確預測恒定幅值載荷條件下的裂紋擴展路徑和相關的疲勞壽命。
在線彈性斷裂力學 (LEFM) 假設下，采用巴黎定律模型評估具有不同 MCTS 配置的改進緊湊拉伸試樣 (MCTS) 的混合模式疲勞壽命。該方法涉及通過增量裂紋擴展分析準確評估應力強度因子 (SIF)、裂紋擴展路徑和疲勞壽命評估。
疲勞裂紋擴展結果表明，疲勞裂紋始終被孔吸引，因此要么它只能彎曲路徑并向孔擴展，要么它只能從孔中浮出并在孔消失后進一步擴展。就混合型載荷條件下裂紋擴展的軌跡而言，本研究的結果與文獻中發表的幾項裂紋擴展實驗的結果相一致，這些實驗顯示了類似的觀察結果。
本教程主要基于 Abdulnaser M. Alshoaibi 和 Yahya Ali Fageehi 的論文“線性彈性材料疲勞裂紋擴展路徑的數值分析和壽命預測”。
第 2 步：設置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態結構分析：
步驟3：工程數據（材料模型）
本教程選定的材料是“SAE 1020 碳鋼”。
材料模型由各向同性彈性、拉伸屈服強度、拉伸極限強度和巴黎定律參數（C 和 m）組成。
展開 ANSYS鋼材拉伸模擬程序
鋼材拉伸模擬.pdf
改進型緊湊拉伸試樣疲勞裂紋擴展分析-ANSYS Workbench ￥3
研究的主要目標是展示裂紋擴展路徑的數值模型，并研究孔洞對改進型緊湊拉伸試樣（MCTS）在恒定振幅載荷條件下疲勞裂紋擴展和疲勞壽命的影響。研究使用了ANSYS Mechanical (Workbench)軟件，利用ANSYS中的智能裂紋擴展技術來準確預測裂紋擴展路徑和相關的疲勞壽命。巴黎定律模型被用來評估不同配置的MCTS在線性彈性斷裂力學（LEFM）假設下的混合模式疲勞壽命。這種方法涉及準確評估應力強度因子（SIFs）、裂紋擴展路徑，并通過增量裂紋擴展分析進行疲勞壽命評估。疲勞裂紋擴展結果表明，疲勞裂紋總是被孔洞吸引，因此它要么只能彎曲其路徑并向孔洞擴展，要么只能在孔洞丟失后從孔洞處漂浮并進一步擴展。在混合模式載荷條件下的裂紋擴展軌跡方面，本研究的結果與文獻中發表的幾項裂紋擴展實驗結果相似，這些實驗觀察到了類似的結果。
3. : Setup
拖動Static Structural Analysis 到 ANSYS Workbench中:
4. : Engineering Data (Material Model)
o 選擇的材料為"SAE 1020 Carbon Steel".
展開 Ansys案例研究 | 單軸拉伸試驗應變測量
概述：
單軸拉伸試驗是了解大多數材料并獲取應力與應變關系的主要方法。可靠的拉伸數據對于組件設計至關重要。本案例展示了如何進行拉伸試驗并獲取應變圖。
目標：
觀察在施加漸進式位移載荷的單軸拉伸試樣中的應變。
步驟：
1、打開Ansys Workbench，創建一個“靜態結構”系統。
2、定義拉伸試驗樣品的材料屬性。本例中使用的是結構鋼。
3、導入模型，其外觀類似于圖 1 所示。
圖1 單軸拉伸試驗試樣
4、將材料分配給幾何體。
5、按照圖2所示，在試件上施加適當的約束條件。
圖2 樣品的邊界條件
6、按照圖2所示施加位移。
7、對模型進行網格劃分并運行仿真。繪制等效彈性應變(圖3)。
圖3 等效彈性應變圖
總結：
本案例說明了單軸拉伸試驗樣品中應變的測量方法。
如有疑問歡迎留言或私信！
展開 Fepg-Ansys三維靜力單軸拉伸對比
Z軸方向的位移
Fepg計算結果
Ansys計算結果
（2）計算時間比較
Fepg計算時間：138.74s
Ansys計算時間：267.48s
基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實驗模擬
基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實驗模擬
作者：大龍貓 微信公眾號：CAE_ANSYS
拉伸斷裂實驗是測試材料的經典實驗，可以測量材料的應力應變曲線，測量材料的抗拉強度，作為經典的實驗如何獲取其模擬過程呢？仿真分析軟件AYSYS在默認的情況下，無論受力多大都不會被拉斷，其主要原因是算法的問題。
利用ANSYS/LS-DYNA的SPH-FEM耦合拉伸模擬
基于以上考量，本文運用ANSYS/LS-DYNA進行了SPH-FEM耦合算法的拉伸試驗模擬。
2、模型設置
分析模型如下圖所示，拉伸件兩端采用殼單元，中間段采用SPH粒子法劃分。粒子與殼單元接觸段采用tie功能進行綁定，以實現FEM與SPH之間的耦合計算。
由于采用了耦合算法，還需要對殼單元和SPH粒子進行相關的設置，具體內容如下：
對于模型的材料設置，考慮到模型的形狀，斷裂破壞肯定會發生在中間粒子區域，而模型的兩端殼單元區域屬于加載區域，不會發生破壞，也不是本次模擬的關心區域，因此為了進一步提高求解效率和節約求解資源，模型將殼單元區域賦予剛體材料模型，即不考慮模型兩端的變形情況。粒子區域的具體材料參數如下圖所示：
為模擬拉伸工況，本次模擬中將模型的一端殼單元的自由度全部約束，使其成為固定端，在另一端殼單元采用線性位移加載，加載曲線如下圖所示：
除此之外，還需要設置相關的輸出，計算終止時間等內容，在此不進行一一贅述。模型攝制完成之后即可導出K文件，利用ANSYS/LS-DYNA求解器進行求解。
3、結果分析
以上為拉伸件的塑性應變隨時間的分布圖，可以看出斷裂發生在預期位置，證明了采用SPH-FEM耦合方法進行聯合仿真是可行的。SPH-FEM耦合的方法，吸收了FEM法計算效率高和SPH法模擬大變形能力強的優點，可以為大變形的材料仿真如切削等提供一種高效、準確的途徑。
展開 ANSYS與材料力學之軸向拉伸和壓縮（三）
對于該結構，
σ
max=10MPa
τ
max=5MPa
二、ANSYS解法：
下面，我們用ANSYS驗證一下材料力學解法的準確性。通過該例子，學習在ANSYS中怎么提取任意截面上的應力。
1.確定分析類型：根據例題所示結構，確定分析類型為靜力學分析；
2.通過對該結構進行分析，我們需要提取任意截面上的切應力和正應力，所以我們使用solid單元進行計算。
Step1：
在SCDM中創建平面模型。
首先，我們在SCDM中建立一個橫截面是邊長10mm的正方形，長度為100mm的長方體。建立完成以后，點擊菜單欄Workbench→ANSYS transfer→2020R1進入Workbench。
Step2：創建分析流程。
將Static Structural拖入Project Schematic，并與剛才導入的幾何建立聯系。雙擊Model進入Mechanical。
Step3：
創建局部坐標系。
我們想提取提取任意截面上的應力，必須先創建好截面，然后把結果映射在截面上。而截面的創建，是依靠坐標系的xy平面，所以在創建截面前，應先創建合適的局部坐標系。
展開 ANSYS與材料力學系列教程之軸向拉伸和壓縮（五）
根據推導出的應變能計算公式，該結構中總的應變能為：
Vε=2*(FN^2*L)/2EA=
64.67J
根據彈性體的功能原理，載荷P做的功數值上等于結構總的應變能，即：
W=1/2*P*△A=Vε
△A=0.0012934m=1.2934mm
ANSYS解法：
該題的ANSYS解法，只需在上篇文章的ANSYS結果基礎上，提取一個應變能結果。
Step1：求解設置。
提取應變能結果，需要打開Beam Section Results，方法是：點擊Solution，在Details of Solution的Post Processing中，將Beam Section Results設置為Yes。
Step2：提取應變能結果。
選擇Results→Energy→Strain Energy，然后右擊Solution（A6），選擇Eevaluate All Results，提取結果。計算結果如下圖二。
結論：
①材料力學方法計算的總應變能為64.74J，ANSYS計算的總應變能結果為64.723J，兩者基本一致。
②使用彈性體的功能原理求解該題，更加方便快捷，這種方法也稱為能量法。
歡迎大家評論轉發支持！掃描二維碼關注公眾號，一起聊聊力學和有限元那點兒事。
展開 ANSYS與材料力學系列教程之軸向拉伸和壓縮（七）
通過計算結果，我們發現材料力學計算的結果為：F點位移1.618mm；ANSYS計算結果為：F點位移1.6181mm，結果基本一致。
總結：
1. ANSYS計算結果與材料力學計算結果基本一致。
2. 載荷作用在F點時，A點位移為1.618mm；載荷作用在A點時，F點位移為1.618mm。這是線性彈性體中普遍存在的關系，稱為位移互等定理。
彩
蛋
：
Stiff
Beam
剛性
梁
真的
剛性
嗎？
我們提取桿AB的變形，發現桿AB發生了彎曲，最大變形為11.5mm。我們不是已經把桿設置成剛性的了嗎？怎么還會有彎曲變形呢？
首先，我們要明白，ANSYS中是怎么定義剛性梁單元的。一般來說，ANSYS是通過
MPC184單元來模擬剛性梁。我們觀察Solution Information的Worksheet，發現求解過程中沒有MPC184單元，那我們設置了
Stiff
Beam，軟件又是怎么解決的呢？
我們打開ANSYS的幫助，發現了以下信息（下圖一）。大體意思是說：軟件通過使楊氏模量比工程數據中定義的高1e4倍來近似剛性梁。也就是說，軟件會自動定義一種剛度比較大的材料，賦予給Stiff Beam
。Stiff Beam不是完全剛性的，只是剛度比較大而已。我們將結構導入到A
NSYS經典環境，在材料參數中，我們發現了定義在AB桿上的材料，楊氏模量為2e9MPa，而我們定義的材料2-25楊氏模量為2e5MPa，確實相差1e4倍（下圖二）。
至此，本文結束。
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