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Ansys Workbench工程材料库——工程实践应用

2年前浏览4313
Workbench的工程材料库Engineering Data用于材料数据的管理,本文通过介绍实践应用中如何创建自己的材料库来学习此模块。

1 Engineering Data界面认识

通过双击分析模块的Engineering Data栏进入工程材料库。

分析模块的Engineering Data栏

默认的工程材料库界面如下


点击标题栏Engineering Data Sources图标可以进入工程材料源界面

其中材料源窗口的收藏栏Favorites表示常用材料**。

2 设置自己的默认材料

许多初学者用了很久的Ansys Workbench,还不清楚怎么设置默认材料,每次都只临时设置材料,换下一个项目又得重新设置。今天教大家如何一劳永逸地设置自己常用的材料。

Step1,新建自己的材料库

进入Engineering Deta Source界面。在Engineering Deta Source窗口最下方点击click here to add a new library输入自己的材料库名称。

回车(或点击空白处)后跳到保存对话框,选择保存的位置,输入保存到电脑的材料库名称,然后点击保存。


添加材料库


保存到电脑中的位置与名称

step3,新建自己的材料

在下方的outine窗口中添加材料,在click here to add a new material中输入新材料名称。

新建材料

在properties窗口中添加材料属性,对于线性静力学分析,杨氏模量与泊松比是必须的,如果需要用到加速度/重力等惯性力,还需要用到密度。

添加属性

在左侧的toolbox中双击Physical Properties(物理属性)标签下的Density(密度)与Linear Elastic(线性弹性)标签下的Isotropic Elasticity(各向同性弹性)


输入密度、杨氏模量与泊松比

输入属性

最后退出编辑,取消自定义材料库勾选。

退出材料库编辑模式

step4,将新材料添加到收藏夹和默认材料

在outine窗口,点击自定义材料后的 ,将材料添加到首页材料。

添加到首页材料

添加到收藏

在outine 窗口,右击自定义的材料,选择Add to Favorites,将材料添加到收藏。

如果要将材料作为实体分析或流体分析的默认材料,返回默认界面:在菜单栏(或者在空白处右击)找到材料源Engineering Deta Source,并点击退出。

右击要设置为默认的材料——Default Solid Material For Model

设置为默认材料

通过以上设置,Q345成为了我们的默认材料,如果还需要添加其他自定义材料,只需要进入Engineering Deta Source界面,在Engineering Deta Source窗

口勾选我们自定义的材料源后面的方框,进入编辑模式。在Outline窗口中空白处右击——Refresh From Linked Source刷新链接的数据,在Outline窗口便出现了click here to add a new material栏,按上文操作添加材料即可。

编辑与刷新材料库

点击添加材料

3 扩展知识

3.1 材料力学基本概念

应力(Stress)——是在施加的外力的影响下物体内部产生的内力与截面积的比值,表达公式:σ=F/A,单位:Pa,常用MPa。

应变(Strain)——是在施加的外力的影响下物体伸长量ΔL和原长L的比值所表示的伸长率或压缩率,公式表达为ε=ΔL/L0,无单位,常以百分比表示。

泊松比(Poisson's Rate)——是指材料在单向受拉或受压时,横向正应变与轴向正应变比值的绝对值,记为v=-ε1/ε2,无单位。金属材料泊松比都在0.3左右。

弹性模量——又称杨氏模量,弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质,是物体弹性变形难易程度的表征,用E表示。定义为材料在受力状态下应力(stress)与应变(strain)之比,表达公式:E = σ / ε,单位:Pa, 常用GPa。

剪切模量——剪切形变时的模量称为剪切模量,用G表示,对于各向同性材料G=E/[2(1 v)]。

常用材料物理特性


3.2 不同物理量对计算结果的影响

上文提到:对于线性静力学分析,杨氏模量与泊松比是必须的,那么杨氏模量与泊松比如何影响计算结果呢。

由于应力是内力与截面积的比值,所以在的应力不受弹性模量大小的影响。只有拉伸或压缩外力时,这时构件内部只有拉应力或压应力,他们也不受泊松比大小

的影响,当构件存在剪力、弯矩或扭矩时,泊松比不同会稍稍影响冯米思等效应力结果,但是可以忽略不计。

由于变形量(位移)ΔL=L0*ε=L0*σ/E,所以变形量受杨氏模量的影响,杨氏模量越大,变形量越小。另外,泊松比不同会影响横向位移结果,从而影响合位移结果。


3.3 材料拉伸时的力学性能

常见钢材在拉伸时的应力应变曲线如下图,对于没有明显屈服阶段的材料如T10A,一般将产生0.2%塑性应变时的应力作为名义屈服极限,表示为σ0.2 。

塑性材料:试件拉断时的伸长率>5%的材料,如钢、铝合金、黄铜等。

脆性材料:试件拉断时的伸长率≤5%的材料,如灰铸铁、玻璃、陶瓷等。脆性材料无屈服强度,拉断时达到强度极限。

常用材料拉伸时的力学性能


3.4 塑性材料屈服准则

材料力学研究中有4个强度理论,脆性材料常用最大拉应力和最大拉应变理论,塑性材料常用最大切应力与应变能密度理论(即Von Miss屈服理论)。而在有限元分析中,常用的是Von Miss屈服理论。材料承受的Von Miss等效应力>屈服强度时将发生屈服。





3.5 Workbench中的非线性材料的设置

如果构件的应力<材料屈服强度,可以使用默认的线性材料代替,应力应变曲线如下图。

但是当需要用到非线性材料时,需要对材料做出相应设置。以下以设置塑性材料Q235为例。

在材料库中添加新材料,名称为Q235,添加Physical Properties(物理属性)——Density(密度)与Linear Elastic(线性弹性)——Isotropic Elasticity(各向同性弹性)属性并设置。

展开工具箱Plasticity(塑性)标签栏,下表对各个选项进行说明



选项

特点

图示

双线性等向强化

应力应变曲线为两段直线

多线性等向强化

应力应变曲线为多段直线

双线性随动强化

可以在设置多个温度下的双线性等向强化曲线

多线性随动强化

可以在设置多个温度下的多线性等向强化

非线性随动强化

应力应变曲线为非线性线条(曲线)


本例我们采用双线性等向强化,屈服强度Yield Strength设置为235MPa,切线模量Tangent Modulus就是屈服极限和强度极限之间的斜率,可通过网络查询得Q235的切线模量为6100MPa,如下图。

双线性材料设置





来源:CAE中学生
科普Workbench静力学非线性理论材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2022-06-16
最近编辑:2年前
CAE无剑
硕士 | 仿真工程师 CAE中学生
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