ansys超弹性分析练习十三资料.ppt
Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-2练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型目的目的分析超弹性键盘拱顶的快速通过分析超弹性键盘拱顶的快速通过。目标目标比较比较 Neo-Hookean 和和Ogden 超弹性模型。超弹性模型。模型描述模型描述带厚度的二维平面应力带厚度的二维平面应力 PLANE182 单元单元刚刚-柔接触对柔接触对Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-31.读入输入文件读入输入文件“ASNL_W08A_Keyboard.inp”使用使用 GUI 菜单方法菜单方法:Utility Menu File Read Input From选择文件选择文件 “ASNL_W08A_Keyboard.inp”点击点击 OK或命令输入方法或命令输入方法:/INPUT,ASNL_W08A_Keyboard,inp提示提示:这将读入一个输入文件这将读入一个输入文件, 产生当前练习的几何体产生当前练习的几何体、载荷和边界条件，得到一个由、载荷和边界条件，得到一个由 PLANE182 单单元和刚元和刚-柔接触面组成的二维模型。柔接触面组成的二维模型。当前数据库将被删除当前数据库将被删除 图形和其它设置将与这些幻灯片一致。图形和其它设置将与这些幻灯片一致。练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-4继续该练习前继续该练习前, 也可检查模型的网格和边界条件也可检查模型的网格和边界条件, 以便更熟悉它。以便更熟悉它。该键盘包含带有厚度的该键盘包含带有厚度的 PLANE182 平面应力单平面应力单元。元。键盘拱顶两端约束为键盘拱顶两端约束为 UX=0, 底部约束为底部约束为 UY=0。 顶部表面顶部表面 UY 方向被耦合方向被耦合, 施加施加 -54单位的单位的 Y向位向位移。移。该模型存在一个刚该模型存在一个刚-柔接触对。柔接触对。该问题将以该问题将以 一项一项Ogden 模型运行模型运行。右图所示网格变为橙色右图所示网格变为橙色, 以便边界条件看得更清以便边界条件看得更清晰。晰。刚性目标面刚性目标面耦合集耦合集施加施加 UY位移位移练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-52.验证验证 PLANE182 的单元选项的单元选项 (4节点四边形节点四边形) 使用使用 GUI 菜单方法菜单方法:Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 选择选择 “Type 1 PLANE182”点击点击 Options验证单元选项验证单元选项, 然后点击然后点击OK选择选择 Close或命令输入方法或命令输入方法:/PREP7ETLIST提示提示:因因为预为预料料该问题该问题是弯曲占主要是弯曲占主要优势优势，将使用增，将使用增强强应变应变公式。公式。(如果如果时间时间允允许许，用，用B-Bar再运行再运行该问该问题题并并对对比反作用力比反作用力). 而且，前面所述，假定了具而且，前面所述，假定了具有厚度的二有厚度的二维维平面平面应应力。力。练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-63.验证厚度实常数验证厚度实常数使用使用 GUI 菜单方法菜单方法:Main Menu Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete 选择选择“Set 4”点击点击 Edit .选择选择“Type 1 PLANE182”, 点击点击 OK验证实常数验证实常数 (10 单位厚度单位厚度), 然后点击然后点击 OK验证单元选项验证单元选项, 然后点击然后点击OK选择选择 Close或命令输入方法或命令输入方法:RLIST, 4提示提示:因为所选择的单元为带厚度的平面应力因为所选择的单元为带厚度的平面应力, 验证该验证该单元输入的厚度为单元输入的厚度为 10 单位。单位。练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-74.输入输入 Ogden 模型参数模型参数使用使用 GUI 菜单方法菜单方法:Main Menu Preprocessor Material Props Material Models 选择选择“Structural Nonlinear Elastic Hyperelastic Ogden 2 terms”“mu_1” 输入输入“80.194”, “a_1”输入输入“2”, “a_2” 输入输入“-2”, 其它空白其它空白。点击点击 OK选择选择“Material Exit”或命令输入菜单或命令输入菜单:TB, HYPER, 1, 1, 2, OGDENTBDATA, 1, 80.194, 2, 0, -2提示提示:因为因为 “di=0”, 所以假设材料为完全不可压缩。所以假设材料为完全不可压缩。前已述及前已述及, 对于平面应力情况对于平面应力情况, 基于位移的单基于位移的单元能处理完全不可压缩条件元能处理完全不可压缩条件(不需采用混合不需采用混合 U-P 单元单元) 。而且，尽管我而且，尽管我们们使用一使用一项项Ogden模型，模型，前已述及当前已述及当a1=2，和，和Neo-Hookean模型一模型一样样。 。练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型2132111113111JdWAdvanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-85. 求解超弹性问题求解超弹性问题使用使用 GUI 菜单方法菜单方法:Main Menu Solution -Solve- Current LS 查看状态窗口后查看状态窗口后, 选择选择 “File Close”关关闭它闭它 点击点击 OK 启动分析启动分析或命令输入方法或命令输入方法:/SOLUSOLVE提示提示:/STATUS 窗口表明已经指定了非线性求解选窗口表明已经指定了非线性求解选项项，打开了非线性几何效应，已输入初始子打开了非线性几何效应，已输入初始子步数步数(10) , 存储所有子步的所有结果。存储所有子步的所有结果。练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-96.画出画出 von Mises 应力结果。应力结果。使用使用 GUI 菜单方法菜单方法:Main Menu General Postproc -Read Results- Last Set这载入最后子步这载入最后子步Main Menu General Postproc Plot Results -Contour Plot- Element Solu 从左列选择从左列选择 “Stress”, 从右列选择从右列选择“von Mises SEQV”。点击点击 OK , 画出等效应力画出等效应力或命令输入方法或命令输入方法:/POST1SET, LASTPLESOL, S, EQV提示提示:记录最大记录最大 von Mises 应力应力(约约149)，画出其它，画出其它感兴趣的量感兴趣的量, 如静水压力。如静水压力。练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-10练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型7.图图示等效示等效应变应变模型模型使用使用GUI菜菜单单方法：方法：Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Element Solu 选择选择 “Elastic Strain von Mises elastic strain”点击点击 OK 图示等效应变图示等效应变和命令和命令输输入方法：入方法：PLESOL,EPEL,EQV提示提示:注意到注意到这这有最大有最大弹弹性性应变应变的的46%。超。超弹弹性材料能性材料能经历经历大量的大量的弹弹性性应变应变Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-11练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型因因为这为这是平面是平面应变问题应变问题，需要考察面厚度以，需要考察面厚度以为为的由于不可的由于不可压缩压缩性性约约束引起的束引起的变变化化.在在在在线线帮助中看帮助中看PLANE182 的文件的文件(在在输输入窗口入窗口输输入入 HELP,182 以以弹弹出在出在线线帮助帮助). 在在 “ “Output Data” 部分，表部分，表182.2 列示了列示了单单元表格信息以元表格信息以获获得面以外的厚度。得面以外的厚度。这这由由 This is NMISC,1进进入。入。下一步，将使用下一步，将使用该该信息信息图图示厚度。示厚度。Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-12练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型8.图图示面外厚度示面外厚度使用使用GUIGUI菜单方法：菜单方法：Utility Menu Select Entities 在下拉菜在下拉菜单单中中选择选择“ “Elements” 和和 “ “By Elem Name”“Element name”输输入入“182” 确保确保选择选择“From Full” 接着点接着点击击 OKMain Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Element Solu 选择选择“ “Miscellaneous Items Non-summable data (NMISC,1)”在在“Sequence Number”对话对话框中框中输输入入“1”点点击击OK图图示等效示等效弹弹性性应变应变或命令输入方法：或命令输入方法：ESEL,S,ENAME,182PLESOL,NMISC,1(Continued on next slide)Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-13练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型以下以下图图示面以示面以为为厚度，厚度，仅选择仅选择相关相关单单元元(PLANE182) 使等使等值线值线尺度能充分尺度能充分显显示示结结果果细节细节(否否则则，自，自动动等等值线值线尺度由于接触尺度由于接触单单元的出元的出现现将以将以“1” 为为最小最小值值， ，NMISC,1 是另一种是另一种报报告数量告数量)为为了了满满足不可足不可压缩压缩性条件性条件(d1=0), 键盘键盘面外厚度需要改面外厚度需要改变变。在本例中，垂直厚度。在本例中，垂直厚度为为10，但在拉伸和，但在拉伸和压缩压缩面厚度几乎以面厚度几乎以2个个单单位改位改变变。 。向量向量图图示比示比较较主主应应力以力以观观察厚度增加或减少察厚度增加或减少时时面面积积是否是期望的。是否是期望的。Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-14练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型9.图图示力示力变变形曲形曲线线使用使用 GUI 菜菜单单方法：方法：Main Menu TimeHist Postpro 选择选择 “ “Add Data (+)” 按按键键选择选择 “Reaction Forces Structural Forces Y-Component of force” 并点并点击击 OK 选择上面角的节点选择上面角的节点( (4943) 并在拾取器点击并在拾取器点击OK 选择选择“Nodal Solution DOF Solution Y-Component of displacement” 并点击并点击 OK选择上面角同一节点选择上面角同一节点 (节点节点4943)并在拾取并在拾取器中点击器中点击OK， ，接着在接着在 “ “Add Time-History Variable” 对话框中对话框中Cancel.或命令或命令输输入方法：入方法：/POST26NUMVAR,200RFORCE,2,4943,F,Y,FY_2 NSOL,3,4943,U,Y,UY_3(Continued on next slide)Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-15练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型9.图图示力示力变变形曲形曲线线 (续续).使用使用 GUI菜单方法：菜单方法： 为为“UY_3”选择选择 “X-Axis” 在时间历程变量在时间历程变量观察器中定义观察器中定义y y位移为横坐标位移为横坐标强调强调“FY_2” 图示纵坐标图示纵坐标点击点击“Graph Data”按钮图示反作用力按钮图示反作用力-y-y向向变形变形或命令输入方法：或命令输入方法：XVAR,3PLVAR,2提示：提示：有有时时当当显显示示负值时负值时，如果，如果轴轴反向更容易反向更容易查查看。在看。在 “Utility Menu PlotCtrls Style Graphs ” 部分，能部分，能对轴对轴反向，改反向，改变轴变轴属性在其他，属性在其他，XY中的中的图图示示设设置。置。因因为键盘为键盘上方有一上方有一对设对设置，位移施加在置，位移施加在仅仅一个一个节节点上点上(4943)。 。这这也使也使总总反作用力容易恢复。反作用力容易恢复。Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-16如果指定力或如果指定力或压压力，而不是施加位移，求解或力，而不是施加位移，求解或许许存在收存在收敛问题敛问题。曲。曲线线y y力力-y-y变变形如下所形如下所示示( (具有具有轴轴反向和决算反向和决算标标准准显显示示) )。 。力力- -变变形曲形曲线线垂下垂下( (直到位移直到位移3434向上向上) )。 。这这表明模型激活不表明模型激活不稳稳定定( (通通过过捕捉捕捉) )。如果。如果该问题该问题用加力代替，在力和位移之用加力代替，在力和位移之间间将不在是一将不在是一对对一的关系一的关系( (例如，例如，刚刚度在某些点度在某些点为为0 0，接着，接着为负为负) )。因而，需要使用。因而，需要使用别别的方法求解的方法求解这类问题这类问题，在第十二章，在第十二章，“ “几何不几何不稳稳定性：屈曲定性：屈曲问问题题。 。” ”而且，可以注意到，当两接触状而且，可以注意到，当两接触状态发态发生生时时, , 斜率第一斜率第一变变化表化表现现在当下面部分和在当下面部分和刚刚性目性目标标 表面接触表面接触时时。斜率。斜率发发生的第二大的生的第二大的变变化是由化是由 于建立接触的于建立接触的顶顶部。部。练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型Advanced Structural Nonlinearities 6.0Workshop SupplementSeptember 30, 2001Inventory #001492W10-17键盘拱顶的键盘拱顶的 von Mises 应力等值线动画应力等值线动画。练习练习 13: 超弹性键盘超弹性键盘 超弹性模型超弹性模型结束结束
