ansys拉伸速率的案例
如何選擇拉伸速率，保證塑料拉伸測(cè)試的準(zhǔn)確度
而在較高的拉伸速率時(shí)，夾具的移動(dòng)速度較大使得材料來不及出現(xiàn)縮頸擴(kuò)展，因此，在應(yīng)力應(yīng)變曲線中不會(huì)出現(xiàn)屈服平臺(tái)，而試樣在較小的變形量下發(fā)生斷裂。
形象地可以理解為，像我們?cè)谡蹣渲Φ臅r(shí)候，如果快速的彎折樹枝可能直接啪的一聲，樹枝就斷了。但慢慢去彎折樹枝，可能最后連對(duì)折連接處還沒折斷，這是因?yàn)榫徛倪^程給了樹枝通過調(diào)整自身適應(yīng)了這種變化。對(duì)于塑料來說也是一樣，一般拉伸速度越快，材料也就越容易被拉斷，機(jī)速越慢材料越不容易被拉斷。
金屬圓棒膠粘接頭在高拉伸速率下的抗拉強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法
圖13 室溫下高速拉伸后失效情況
圖14 低溫下高速拉伸后失效情況
圖15 高溫下高速拉伸后失效情況
總結(jié)
本案例進(jìn)行了膠粘對(duì)接接頭在高拉伸速率下的粘接強(qiáng)度測(cè)試，分析了拉伸速率和溫度對(duì)粘接強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，膠粘接頭在不同溫度下的抗拉強(qiáng)度均具有較明顯的速度敏感性，拉伸速率越大，抗拉強(qiáng)度約大。相同拉伸速率下，低溫和高溫環(huán)境均會(huì)使膠粘強(qiáng)度退化。不同環(huán)境和拉伸速率下，接頭的失效模式也不同。
* 本文案例為國(guó)高材分析測(cè)試中心原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
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展開 室溫下金屬圓棒試樣高應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)影響因素分析
全文速讀：
在不同應(yīng)變速率下對(duì)鑄鐵和鑄鋁圓棒試樣進(jìn)行了單軸高速拉伸試驗(yàn)，研究了它們的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及斷裂情況，分析了相關(guān)因素對(duì)試驗(yàn)的影響。結(jié)果表明：測(cè)試應(yīng)變、應(yīng)力的方法，試樣標(biāo)距長(zhǎng)度及夾持端長(zhǎng)度等對(duì)試驗(yàn)準(zhǔn)確性和曲線振蕩程度有較大影響；使用比剛度和比強(qiáng)度高的夾具、短標(biāo)距試樣、應(yīng)變片測(cè)試應(yīng)力、兩臺(tái)相機(jī)測(cè)試應(yīng)變、適當(dāng)增加夾持端長(zhǎng)度可以提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
工程上對(duì)金屬材料的拉伸試驗(yàn)通常要求應(yīng)變速率在10?2～103 s?1之間。一般應(yīng)變速率小于0.1 s?1時(shí)，可以在靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，規(guī)范參考GB/T 228.1—2010《金屬材料拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》；當(dāng)應(yīng)變速率大于0.1 s?1時(shí)，需要在高速拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，稱為高應(yīng)變速率拉伸測(cè)試。ISO 26203-2:2011 Metallic materials — Tensile testing at high strain rates — Part 2: Servo-hydraulic and other test systems 及 GB/T 30069.2—2016對(duì)金屬板材試樣的高應(yīng)變速率拉伸測(cè)試有詳細(xì)的說明，但對(duì)金屬圓棒試樣缺乏指導(dǎo)性規(guī)范。
機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)件多為鑄件，其力學(xué)性能關(guān)系到產(chǎn)品的碰撞安全性。鑄件的力學(xué)性能一般通過測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)圓棒試樣獲得，因此了解圓棒試樣高應(yīng)變速率測(cè)試時(shí)的影響因素，獲得準(zhǔn)確的高應(yīng)變速率條件下的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線等相關(guān)信息對(duì)零件結(jié)構(gòu)的碰撞安全性評(píng)價(jià)非常重要。
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試驗(yàn)材料及方法
試驗(yàn)材料為啞鈴型鑄鋁和鑄鐵件，根據(jù)常用零件的最小壁厚，選擇平行段直徑為 5 mm、夾持端直徑為 12 mm 的試樣。平行段工作部分表面粗糙度為 0.32 μm，同軸度小于 0.01 mm，使用銑床和外圓磨床進(jìn)行加工。
展開 動(dòng)力電池殼用鋁合金高應(yīng)變高速率拉伸行為及斷裂特性研究
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不同應(yīng)變速率下斷口形貌特征
圖4為典型拉伸速率下斷口宏觀照片。結(jié)合圖2a～c斷裂前的應(yīng)力集中分布區(qū)和試樣斷裂宏觀照片可知，試樣斷口分為兩大區(qū)域，即由于應(yīng)力集中導(dǎo)致率先開裂的中部區(qū)域(Ⅰ區(qū))以及裂紋擴(kuò)展發(fā)生拉伸剪切混合開裂的兩端擴(kuò)展區(qū)(Ⅱ區(qū))。
斷口形貌主要為大小不一的韌窩和撕裂棱組成；隨應(yīng)變速率增加，小型韌窩增多并長(zhǎng)大，撕裂棱上逐漸出現(xiàn)韌窩乃至消失；與Ⅱ區(qū)相比，Ⅰ區(qū)斷口的撕裂棱明顯減少，隨應(yīng)變速率增加，韌窩增多，撕裂棱逐漸減少。
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不同應(yīng)變速率下斷口側(cè)面顯微組織及顯微硬度
拉伸斷口側(cè)面的顯微組織。可以看出，拉伸前晶粒大小分布不均，拉伸條件下晶粒發(fā)生了明顯的伸長(zhǎng)、變細(xì)。隨著應(yīng)變速率的提高，晶粒變形程度有進(jìn)一步變大的趨勢(shì)。
由圖7a可知，隨著離斷口距離的增加，維氏硬度值顯著下降。應(yīng)變速率為1s-1和500s-1試樣的硬度值相對(duì)于未變形試樣的顯著提高，加工硬化效果顯著。由圖7b可知，隨著應(yīng)變速率的提高，硬度值有一定程度提高。
02
結(jié)論
1、在本實(shí)驗(yàn)研究的3003鋁合金動(dòng)態(tài)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線發(fā)現(xiàn)：隨著應(yīng)變速率從1s-1提高到500s-1，3003鋁合金的抗拉強(qiáng)度從173N/mm2提高到194N/mm2,屈服強(qiáng)度隨著應(yīng)變速率增加分為兩階段升高；斷裂應(yīng)變從27.1%提高到38.2%，塑性顯著增強(qiáng)。
2、動(dòng)態(tài)拉伸應(yīng)變?cè)茍D和拉伸斷口分析表明：斷裂是從試樣中央開始，然后逐步擴(kuò)展到兩側(cè)，縱向、橫向的應(yīng)變值都隨位置的變化而先增大后減小；斷口形貌隨著應(yīng)變速率的升高，撕裂棱減少、較大的韌窩直徑增大且數(shù)量減少，斷口面積隨應(yīng)變速率的提高而減小。
展開 
高應(yīng)變速率和準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)拉伸性能有什么不同？如何準(zhǔn)確選擇測(cè)試設(shè)備？
圖4 視頻伸長(zhǎng)計(jì)原理圖
國(guó)高材分析測(cè)試中心高應(yīng)變率測(cè)試系統(tǒng)
系統(tǒng)參數(shù)
拉伸速度：0.01~12 m/s
最大載荷：25 KN
采集頻率：~5MHz
作動(dòng)器總行程：250 mm
驅(qū)動(dòng)裝置：液壓伺服式驅(qū)動(dòng)
測(cè)試溫度：-40～150℃
應(yīng)變測(cè)量：非接觸式引伸計(jì)
（線掃相機(jī)、高速相機(jī)橫梁位移傳感器）
可輸出結(jié)果
0.01～100/s應(yīng)變速率測(cè)試
-40 ℃ ～150℃范圍測(cè)試
工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線
屈服應(yīng)力
斷裂伸長(zhǎng)率
斷裂強(qiáng)度……
Ansys Speos | 新型計(jì)算方法：使用 GPU 提升計(jì)算速率
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展開 改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展分析 - ANSYS Workbench ￥3
改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展分析 - ANSYS Workbench
本教程包括改進(jìn)的緊湊拉伸試樣的逐步疲勞裂紋分析。
步驟 1：概述
這項(xiàng)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(kuò)展路徑的數(shù)值模型，以及研究在恒定幅值載荷條件下改進(jìn)的緊湊拉伸試樣中孔洞的存在對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展和疲勞壽命的影響。
ANSYS Mechanical（工作臺(tái)）利用 ANSYS 中的一項(xiàng)新功能即智能裂紋擴(kuò)展技術(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)恒定幅值載荷條件下的裂紋擴(kuò)展路徑和相關(guān)的疲勞壽命。
在線彈性斷裂力學(xué) (LEFM) 假設(shè)下，采用巴黎定律模型評(píng)估具有不同 MCTS 配置的改進(jìn)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(kuò)展分析準(zhǔn)確評(píng)估應(yīng)力強(qiáng)度因子 (SIF)、裂紋擴(kuò)展路徑和疲勞壽命評(píng)估。
疲勞裂紋擴(kuò)展結(jié)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(kuò)展，要么它只能從孔中浮出并在孔消失后進(jìn)一步擴(kuò)展。就混合型載荷條件下裂紋擴(kuò)展的軌跡而言，本研究的結(jié)果與文獻(xiàn)中發(fā)表的幾項(xiàng)裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相一致，這些實(shí)驗(yàn)顯示了類似的觀察結(jié)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(kuò)展路徑的數(shù)值分析和壽命預(yù)測(cè)”。
第 2 步：設(shè)置
在 ANSYS Workbench 主菜單上拖放靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析：
步驟3：工程數(shù)據(jù)（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(qiáng)度、拉伸極限強(qiáng)度和巴黎定律參數(shù)（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(jìn)型緊湊拉伸試樣疲勞裂紋擴(kuò)展分析-ANSYS Workbench ￥3
研究的主要目標(biāo)是展示裂紋擴(kuò)展路徑的數(shù)值模型，并研究孔洞對(duì)改進(jìn)型緊湊拉伸試樣（MCTS）在恒定振幅載荷條件下疲勞裂紋擴(kuò)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(kuò)展技術(shù)來準(zhǔn)確預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展路徑和相關(guān)的疲勞壽命。巴黎定律模型被用來評(píng)估不同配置的MCTS在線性彈性斷裂力學(xué)（LEFM）假設(shè)下的混合模式疲勞壽命。這種方法涉及準(zhǔn)確評(píng)估應(yīng)力強(qiáng)度因子（SIFs）、裂紋擴(kuò)展路徑，并通過增量裂紋擴(kuò)展分析進(jìn)行疲勞壽命評(píng)估。疲勞裂紋擴(kuò)展結(jié)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(kuò)展，要么只能在孔洞丟失后從孔洞處漂浮并進(jìn)一步擴(kuò)展。在混合模式載荷條件下的裂紋擴(kuò)展軌跡方面，本研究的結(jié)果與文獻(xiàn)中發(fā)表的幾項(xiàng)裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，這些實(shí)驗(yàn)觀察到了類似的結(jié)果。
3. : Setup
拖動(dòng)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(yàn)應(yīng)變測(cè)量
概述：
單軸拉伸試驗(yàn)是了解大多數(shù)材料并獲取應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的主要方法。可靠的拉伸數(shù)據(jù)對(duì)于組件設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本案例展示了如何進(jìn)行拉伸試驗(yàn)并獲取應(yīng)變圖。
目標(biāo)：
觀察在施加漸進(jìn)式位移載荷的單軸拉伸試樣中的應(yīng)變。
步驟：
1、打開Ansys Workbench，創(chuàng)建一個(gè)“靜態(tài)結(jié)構(gòu)”系統(tǒng)。
2、定義拉伸試驗(yàn)樣品的材料屬性。本例中使用的是結(jié)構(gòu)鋼。
3、導(dǎo)入模型，其外觀類似于圖 1 所示。
圖1 單軸拉伸試驗(yàn)試樣
4、將材料分配給幾何體。
5、按照?qǐng)D2所示，在試件上施加適當(dāng)?shù)募s束條件。
圖2 樣品的邊界條件
6、按照?qǐng)D2所示施加位移。
7、對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分并運(yùn)行仿真。繪制等效彈性應(yīng)變(圖3)。
圖3 等效彈性應(yīng)變圖
總結(jié)：
本案例說明了單軸拉伸試驗(yàn)樣品中應(yīng)變的測(cè)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(duì)比
Z軸方向的位移
Fepg計(jì)算結(jié)果
Ansys計(jì)算結(jié)果
（2）計(jì)算時(shí)間比較
Fepg計(jì)算時(shí)間：138.74s
Ansys計(jì)算時(shí)間：267.48s
基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)?zāi)M
基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)?zāi)M
作者：大龍貓 微信公眾號(hào)：CAE_ANSYS
拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)是測(cè)試材料的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，可以測(cè)量材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，測(cè)量材料的抗拉強(qiáng)度，作為經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)如何獲取其模擬過程呢？仿真分析軟件AYSYS在默認(rèn)的情況下，無論受力多大都不會(huì)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(yùn)用ANSYS/LS-DYNA進(jìn)行了SPH-FEM耦合算法的拉伸試驗(yàn)?zāi)M。
2、模型設(shè)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(jìn)行綁定，以實(shí)現(xiàn)FEM與SPH之間的耦合計(jì)算。
由于采用了耦合算法，還需要對(duì)殼單元和SPH粒子進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，具體內(nèi)容如下：
對(duì)于模型的材料設(shè)置，考慮到模型的形狀，斷裂破壞肯定會(huì)發(fā)生在中間粒子區(qū)域，而模型的兩端殼單元區(qū)域?qū)儆诩虞d區(qū)域，不會(huì)發(fā)生破壞，也不是本次模擬的關(guān)心區(qū)域，因此為了進(jìn)一步提高求解效率和節(jié)約求解資源，模型將殼單元區(qū)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(qū)域的具體材料參數(shù)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(shè)置相關(guān)的輸出，計(jì)算終止時(shí)間等內(nèi)容，在此不進(jìn)行一一贅述。模型攝制完成之后即可導(dǎo)出K文件，利用ANSYS/LS-DYNA求解器進(jìn)行求解。
3、結(jié)果分析
以上為拉伸件的塑性應(yīng)變隨時(shí)間的分布圖，可以看出斷裂發(fā)生在預(yù)期位置，證明了采用SPH-FEM耦合方法進(jìn)行聯(lián)合仿真是可行的。SPH-FEM耦合的方法，吸收了FEM法計(jì)算效率高和SPH法模擬大變形能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以為大變形的材料仿真如切削等提供一種高效、準(zhǔn)確的途徑。
展開 ANSYS與材料力學(xué)之軸向拉伸和壓縮（三）
對(duì)于該結(jié)構(gòu)，
σ
max=10MPa
τ
max=5MPa
二、ANSYS解法：
下面，我們用ANSYS驗(yàn)證一下材料力學(xué)解法的準(zhǔn)確性。通過該例子，學(xué)習(xí)在ANSYS中怎么提取任意截面上的應(yīng)力。
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.通過對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，我們需要提取任意截面上的切應(yīng)力和正應(yīng)力，所以我們使用solid單元進(jìn)行計(jì)算。
Step1：
在SCDM中創(chuàng)建平面模型。
首先，我們?cè)赟CDM中建立一個(gè)橫截面是邊長(zhǎng)10mm的正方形，長(zhǎng)度為100mm的長(zhǎng)方體。建立完成以后，點(diǎn)擊菜單欄Workbench→ANSYS transfer→2020R1進(jìn)入Workbench。
Step2：創(chuàng)建分析流程。
將Static Structural拖入Project Schematic，并與剛才導(dǎo)入的幾何建立聯(lián)系。雙擊Model進(jìn)入Mechanical。
Step3：
創(chuàng)建局部坐標(biāo)系。
我們想提取提取任意截面上的應(yīng)力，必須先創(chuàng)建好截面，然后把結(jié)果映射在截面上。而截面的創(chuàng)建，是依靠坐標(biāo)系的xy平面，所以在創(chuàng)建截面前，應(yīng)先創(chuàng)建合適的局部坐標(biāo)系。
展開 ANSYS與材料力學(xué)系列教程之軸向拉伸和壓縮（七）
通過計(jì)算結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)材料力學(xué)計(jì)算的結(jié)果為：F點(diǎn)位移1.618mm；ANSYS計(jì)算結(jié)果為：F點(diǎn)位移1.6181mm，結(jié)果基本一致。
總結(jié)：
1. ANSYS計(jì)算結(jié)果與材料力學(xué)計(jì)算結(jié)果基本一致。
2. 載荷作用在F點(diǎn)時(shí)，A點(diǎn)位移為1.618mm；載荷作用在A點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)點(diǎn)位移為1.618mm。這是線性彈性體中普遍存在的關(guān)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(fā)現(xiàn)桿AB發(fā)生了彎曲，最大變形為11.5mm。我們不是已經(jīng)把桿設(shè)置成剛性的了嗎？怎么還會(huì)有彎曲變形呢？
首先，我們要明白，ANSYS中是怎么定義剛性梁?jiǎn)卧摹Ｒ话銇碚f，ANSYS是通過
MPC184單元來模擬剛性梁。我們觀察Solution Information的Worksheet，發(fā)現(xiàn)求解過程中沒有MPC184單元，那我們?cè)O(shè)置了
Stiff
Beam，軟件又是怎么解決的呢？
我們打開ANSYS的幫助，發(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)中定義的高1e4倍來近似剛性梁。也就是說，軟件會(huì)自動(dòng)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(jié)構(gòu)導(dǎo)入到A
NSYS經(jīng)典環(huán)境，在材料參數(shù)中，我們發(fā)現(xiàn)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(shí)相差1e4倍（下圖二）。
至此，本文結(jié)束。
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