workbench应力应变曲线_利用ansys Workbench仿真塑性材料拉伸力学试验 | 坐倚北风
塑性材料拉伸力学实验的详细实验方法可参考国家标准《GB/T 228.1-2010 金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》。本文以圆形截面拉伸试验样件为例利用ansys Workbench仿真塑性材料拉伸力学试验。根据GB/T 228.1-2010试验样件尺寸如下图所示。
取直径d0=10mm，L0=5*d0=50mm，Lc=L0+d0/2=55mm，Lt>Lc+4*d0，取Lt=115mm。
1、材料力学理论解
根据材料力学塑性材料应力应变曲线如下图所示：
2、ANSYS Workbench仿真分析
2.1 材料设置
在ANSYS Workbench中创建结构静力学分析项目(Static Structural)。设置材料参数如下：杨氏模量2E11 Pa，泊松比0.325，屈服极限(Tensile Yield Strength)350Mpa，强度极限(Tensile Ultimate Strength)516Mpa。塑性阶段采用Multilinear Kinematic hardening(多线性随动强化模型)材料本构关系模型，用列表形式输入应力与塑性应变。(关于Multilinear Kinematic hardening(多线性随动强化模型)材料模型的介绍可参考本站文章《ANSYS Workbench常用材料属性及其设置方法》)材料参数设置如下图所示：
在实际工程项目中为得到较为准确的材料属性，可用电子拉力机对小试件做力学性能试验来确定的。通过试验可以得到上述材料应力应变曲线图。注意试验得到的是总应变，而在上面材料模型中需要的是Plastic Strain，所以还需将试验所得的总应变减去对应的弹性应变(即屈服点之后的每一个试验点的总应变减去这个点对应的弹性应变，其中弹性应变=应力/弹性模量，这里不考虑其他因素影响近似认为总应变=弹性应变+塑性应变)。
2.2 有限元模型创建
按照样件尺寸进行建模，并划分网格，最终模型如下图所示。
2.3 施加边界条件
将样件的一端进行固定，另一端按载荷步进行载荷施加，具体施加方法见下文2.5节载荷步设置。
2.4 分析步设置
每一步分析都能计算出一个应力和应变，因此可以根据绘图的精度来确定载荷步的多少。但要遵循一个原则：线弹性阶段不宜设置过多载荷步，因为线弹性阶段应力应变是线性变化的，计算出较多的数据点也没有多大意义。一般线性阶段设置3~4个载荷步，能起到验证线性变化即可；屈服阶段载荷步设置可依据应力应变曲线设置多一些载荷步，但要综合考虑计算机的性能和计算时间。 (以下计算时间供参考：10G内存，处理器频率还不到3GHz的本本，算57个数据点需要10分钟左右。)
分析步设置如下图：
先输入Number of step即一共打算设置的载荷步，然后修改Current Step Number对每一个载荷步进行子步设置。一般默认子步设置为Auto time stepping—program controlled，该选项会增加子步数量，如果计算机性能较低可以关掉Auto time stepping(值为OFF)，选择默认子步数量1。
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