02 开孔板拉伸弹塑性分析

专注于仿真分析和振动分析

00 导读

    开孔板拉伸是展示应力集中现象最常见的力学模型。本文通过有限元分析得出：应力集中效应的应力分布是非线性的；塑性变形会缓和应力集中效应；带屈服台阶的弹塑性材料的塑性变形会偏大。

01 研究背景

拉伸是最常见的工况之一，应力集中往往是材料失效的主要原因。开孔板拉伸工况集 合了这两种场景，是非常经典的力学模型。不论是开孔板的线弹性分析还是弹塑性分析，都很具有代表性。

02 几何模型

   几何模型如下图所示。

03 材料模型

    本文使用到的所有材料参数如下。

    线弹性。

    弹塑性。

    弹塑性(带屈服台阶)。

04 网格划分

    网格如下图所示，应力集中位置(圆孔边缘)网格细化。

05 边界条件

    约束左端的方式有两种，如下图所示。

    右端施加分布力，如下图所示。

06 分析

06.1 线弹性

    线弹性下，对比两种约束方式对圆孔附近应力的影响。

    结论：两种约束方式的圆孔附近应力差别很小。下文所有分析都采用固定约束。

    开孔位置会产生应力集中，并且应力分布是非线性的，如下图所示。

06.2 弹塑性

    弹塑性下，当应力集中位置屈服后刚度急剧下降，未屈服位置刚度较大，所以应力会重新分布，趋于均匀，应力集中效应得到缓和。

    结论：材料的弹塑性在屈服后会使应力集中效应得到缓解。几何线性和几何非线性对本次分析影响很小。下文所有分析都打开几何非线性。

06.3 弹塑性(带屈服台阶)

    对弹塑性分析来说，带屈服台阶弹塑性的塑性应变会明显更大。

07 附录

    碳素结构钢Q235以及低合金高强度结构钢Q345都具有明显的屈服台阶，应力应变关系如下图所示。

    简化曲线如下图所示。