在ANSYS有限元程序中,通過修改用戶定義的蠕變材料子程序,將具有損傷參數(shù)的本構(gòu)模型引入到ANSYS有限元程序中,通過基于里茨法的梁與矩形板彎曲問題解的比較,驗(yàn)證了該方法的正確性.各種數(shù)值試驗(yàn)表明,對于容器壁結(jié)構(gòu)的蠕變分析,通過長期觀測網(wǎng)格尺寸和對單元類型的敏感性分析,可準(zhǔn)確預(yù)測容器壁結(jié)構(gòu)蠕變損傷狀況. 

【文章來源】：湖南工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019,29(04)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖１用ＡＮＳＹＳ程序和塑料外殼單元求解伯努利梁為了比較單元類型對蠕變損傷解的影響（最大１．８單元；２．１０單元；３．２０單元；４．４０單元；５．８０單元；６．２００單元

最大主應(yīng)力負(fù)載條件下），使用具有８０個單元的外殼４３單元和沿梁軸與８０個單元和沿法向軸４個單元嚙合的４節(jié)點(diǎn)平面應(yīng)力單元平面４２進(jìn)行計算，用外殼單元、平面應(yīng)力單元和使用里茨方法得到的最大撓度的時間相關(guān)解，如圖２所示．可以看出，如果將材料損傷對應(yīng)力狀態(tài)的敏感性考慮在內(nèi)，則外殼單元和平面單元所得結(jié)果實(shí)質(zhì)上不同．壽命預(yù)測的差異大約為３０％．為了比較，本文繪出了兩個基于里茨方法的收斂解，適用于具有伯努利假設(shè)的梁，如圖３所示．對于厚度積分，第一種解由５個高斯點(diǎn)得到曲線３，第二種解由９個高斯點(diǎn)得到曲線４．用相同數(shù)目的形狀函數(shù)Ｎ＝８，Ｍ＝８得到兩個解．９個高斯點(diǎn)的解與平面應(yīng)力解比較吻合，特別是最大負(fù)應(yīng)力的時變性，圖３（ｂ）中，５個高斯點(diǎn)的解與外殼單元的解比較吻合．因?yàn)樵鈿ぃ矗嘲祩�高斯點(diǎn)．從厚度積分的要點(diǎn)可以得出結(jié)論，在蠕變損傷計算中應(yīng)使用外殼單元進(jìn)行更精確的厚度積分，材料模型反映了損傷演變對拉伸和壓縮載荷的不同敏感性．在蠕變損傷計算中應(yīng)當(dāng)使用外殼單元進(jìn)行更精確的厚度積分，材料模型反映了損傷演化對拉伸和壓縮載荷的不同敏感性．１．外殼４３；２．平面４２；３．５個高斯點(diǎn)用于厚度積分；４．９個高斯點(diǎn)用于厚度積分圖２梁的時間相關(guān)偏轉(zhuǎn)圖３梁的時間相關(guān)應(yīng)力３容器壁的蠕變損傷預(yù)測類似于伯努利梁，用基爾霍夫假設(shè)可建立容器壁的蠕變損傷預(yù)測問題．并考慮有限撓度的幾何非線性項，包括蠕變應(yīng)變和損傷的容器壁理論的控制方程．混合形式的變分泛

（ξ）ＸΦηｊ（η）（１０）使用為整個容器壁定義的形狀函數(shù)．乘積Ｘｗξ０（ξ）Ｘｗξ０（η）通過給定的載荷表示為彈性撓度函數(shù)．選擇函數(shù)Ｘｗξｉ（ξ）和Ｘφξｉ（ξ）作為橫向振動梁的本征函數(shù)．在圖４中，給出了一個被ｑ＝１０ＭＰａ均勻分布在正方形區(qū)域上橫向加載的固定方板隨時間變化的最大撓度（如板長ｌ＝８００ｍｍ，厚度－ｈ＝２７ｍｍ）．１．外殼４３；２．固體９５；３．基于里茨方法的解圖４夾緊方板的與時間相關(guān)的最大撓度材料常數(shù)與梁的例子相同．在第一個例子公式中，設(shè)置了ａ＝０．公式（２）假設(shè)損傷演化只依賴于馮·米塞斯應(yīng)力．這種依賴性假定拉伸和壓縮載荷的損壞率相同．第一個解法（如圖４所示，曲線１）是用矩形殼元素和一個２０×２０單元的四分之一的板得到的．第二解（如圖４所示，曲線２）是基于２０個節(jié)點(diǎn)的固體元素（３ｄ）和２０×２０的元素，占四分之一的板和厚度方向的３個元素．利用里茨求解技術(shù)得到了第三種解法．所有的解決辦法都是一致的．此外，如圖５所示，可以看到這三個解的良好一致性，因?yàn)轳T·米塞斯應(yīng)力的時間變化分布在兩個高斯點(diǎn)（在板的中間，底部和夾緊邊緣的中間上）．在第二個例子中，設(shè)材料模型（２）中ａ＝１，假設(shè)與損害演化的σⅠ有依賴關(guān)系．圖５馮·米塞斯應(yīng)力在兩點(diǎn)中的時間變化如圖６所示，用外殼單元、固體單元和里茨方法得到了隨時間變化的最大撓度的三個收斂解

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3120727