Напряжения в упруго-пластической задаче

[k0roner 4]

Здравствуйте. Проблема следующего характера. Веду расчет лопатки рабочего колеса турбины. Требуется оценить напряжения в замке лопатки с учетом контактного взаимодействия и пластического поведения материала. Задаю свойства материала через билинейную кривую с упрочнением (Bilinear Kinematic Hardening). Предел текучести материала при действующей температуре - порядка 850 МПа.

Из полученного НДС смотрю суммарные деформации (Equivalent total strain) и Von-Mises Stress в месте действия пиковых напряжений от геометрического концентратора. В итоге - полученная точка лежит выше заданной билинейной кривой (напряжения при полученных деформациях должны быть порядка 900 МПа, получаются - 1100 МПа). Пластические деформации в месте пиковых напряжений чрезвычайно малы.

С чем подобное поведение модели может быть связано? Есть мысли?

Распределение эквивалентных напряжений в замке

Заданные билинейные кривые

[k0roner 4]

Распределение эквивалентных напряжений в замке

Суммарные деформации

Заданные билинейные кривые

[Jesse 958]

16 часов назад, k0roner сказал:

Из полученного НДС смотрю суммарные деформации (Equivalent total strain) и Von-Mises Stress в месте действия пиковых напряжений от геометрического концентратора. В итоге - полученная точка лежит выше заданной билинейной кривой (напряжения при полученных деформациях должны быть порядка 900 МПа, получаются - 1100 МПа). Пластические деформации в месте пиковых напряжений чрезвычайно малы.

ну. так билинейная кривая задаётся в координатах S - e , где S - нормальное напряжение в определённом направлении; е - деформации в том же направлении. А вы смотрите эквивалентные напряжения. Это первый момент.
А второй момент это то, что вы задали кинематическое упрочнение, то есть учитываете, что вследствие эффекта Баушингера в определённых направлениях может быть разгрузка (а она у вас там скорее всего будет, ибо контакт - силовые и кинематические ГУ будут меняться, появляться новые и т.д.).

Короче, выведите хронологию изменений соотв-х компонент нормальных напряжений, и всё понятно станет.

[k0roner 4]

1 час назад, Jesse сказал:

ну. так билинейная кривая задаётся в координатах S - e , где S - нормальное напряжение в определённом направлении; е - деформации в том же направлении. А вы смотрите эквивалентные напряжения. Это первый момент.
А второй момент это то, что вы задали кинематическое упрочнение, то есть учитываете, что вследствие эффекта Баушингера в определённых направлениях может быть разгрузка (а она у вас там скорее всего будет, ибо контакт - силовые и кинематические ГУ будут меняться, появляться новые и т.д.).

Короче, выведите хронологию изменений соотв-х компонент нормальных напряжений, и всё понятно станет.

Отсматривал и S1, которое вносит основной вклад в эквивалентные напряжения. Величина еще выше (порядка 1300 МПа), пластические деформации по S1 равны нулю.

Кроме того - для материала диска тоже заданы пластические свойства (правда, уже по Multilinear Kinematic Hardening). И в замке диска я таких проблем не увидел.

 

Есть доп вопрос - если напряжения посчитанные с отключенной функцией ERESX,off (выводятся напряжения без осреднения - по значениям в точке интегрирования элемента) и с осреднением сильно (более 25%) различаются - это, видимо, говорит о проблеме сходимости на сетке? Прав ли я? Если что - при отключенном осреднении напряжения ниже предела текучести (как по главным компонентам, так и по эквивалентным).

Изменено 10 апреля 2020 пользователем k0roner
смысловая

[Orchestra2603 224]

2 hours ago, Jesse said:

ну. так билинейная кривая задаётся в координатах S - e , где S - нормальное напряжение в определённом направлении; е - деформации в том же направлении. А вы смотрите эквивалентные напряжения. Это первый момент.
А второй момент это то, что вы задали кинематическое упрочнение, то есть учитываете, что вследствие эффекта Баушингера в определённых направлениях может быть разгрузка (а она у вас там скорее всего будет, ибо контакт - силовые и кинематические ГУ будут меняться, появляться новые и т.д.).

Короче, выведите хронологию изменений соотв-х компонент нормальных напряжений, и всё понятно станет.

хм.. я, пожалуй, не со всем здесь соглашусь.. В Theory Reference написно, что диаграмма в координатах effective stress vs. effective strain. Такие пространные названия, как я понимаю,из-за того, что к билинейной диаграмме с тем или иным упрочнением можно прикрутить разные критерии пластичности. В частности, если использовать критерий Мизеса, то будет как раз von Mises stress vs. total equivalent strain. То, что для случая одноосевого сжатия/растяжениятакое задание координат будет совпадать с кривой в координатх "нормальное напряжение - осевая относительная деформация" - это уже немного другая история ))

 

а вот в плане разгрузки- вполе здравое замечание. Действительно, можно так себе представить, что текущий предел текучести как бы меняется постоянно, если нагружение в какой-то момент происходит в другом напрвлении (в смысле "по" и "против" внешней нормали к поверхности текучести). Это же, кстати говоря, касалось бы изотропного упрочнения (но он бы там только мог бы увеличиваться), но в случае с кинематическим упрочнением он волен в обе стороны меняться. Так что сверять результаты с исзодной кривой с исходным пределом текучести - не вполне корректно. Нужно смотреть историю изменения НДС до момент извлечения результатов.

 

@k0roner ,

еще я бы добавил, что подобные приколы я ловил в задачах в местах с сингулярностями. Это могло бы и обяснить проблемы с сеточной сходимостью, ибо она  там отсутствует по определению.

Изменено 10 апреля 2020 пользователем Orchestra2603

[k0roner 4]

34 минуты назад, Orchestra2603 сказал:

хм.. я, пожалуй, не со всем здесь соглашусь.. В Theory Reference написно, что диаграмма в координатах effective stress vs. effective strain. Такие пространные названия, как я понимаю,из-за того, что к билинейной диаграмме с тем или иным упрочнением можно прикрутить разные критерии пластичности. В частности, если использовать критерий Мизеса, то будет как раз von Mises stress vs. total equivalent strain. То, что для случая одноосевого сжатия/растяжениятакое задание координат будет совпадать с кривой в координатх "нормальное напряжение - осевая относительная деформация" - это уже немного другая история ))

 

а вот в плане разгрузки- вполе здравое замечание. Действительно, можно так себе представить, что текущий предел текучести как бы меняется постоянно, если нагружение в какой-то момент происходит в другом напрвлении (в смысле "по" и "против" внешней нормали к поверхности текучести). Это же, кстати говоря, касалось бы изотропного упрочнения (но он бы там только мог бы увеличиваться), но в случае с кинематическим упрочнением он волен в обе стороны меняться. Так что сверять результаты с исзодной кривой с исходным пределом текучести - не вполне корректно. Нужно смотреть историю изменения НДС до момент извлечения результатов.

 

@k0roner ,

еще я бы добавил, что подобные приколы я ловил в задачах в местах с сингулярностями. Это могло бы и обяснить проблемы с сеточной сходимостью, ибо она  там отсутствует по определению.

История нагружения проста как валенок - раскручивается и нагревается. Напряжения и деформации плавно возрастают, никаких разгрузок не наблюдается.

По сингулярности: это не есть оно. Геометрический концентратор на радиусе скругления зуба замка. Кол-во элементов на радиус - 6, так что все довольно плавно, без углов. Контактное взаимодействие обеспечивает передачу усилий на ответную поверхность замка диска. Конечно, нельзя утверждать, что НДС на ответной поверхности будет таким же, но интуитивно лезешь смотреть, что там. А там все в порядке - на кривую ровнехонько легли.

Теперь так. Есть идея следующего порядка. Насколько я знаю, напряжения и деформации считаются первично для интегрирующей точки элемента. Затем напряжения (в настройках по умолчанию ERESX,defa) экстраполируются в узлы элемента, если в элементе нет пластических деформаций. А вот значения пластической деформации всегда прямо копируется в узлы. Отсюда приходит разница в оценке напряжения-деформация. Так точка оказывается выше кривой. Какие значения напряжений правильнее брать для оценки долговечности по кривой Л-М - это еще большой вопрос. При достаточно хорошей сетке разница между теми и другими напряжениями должна нивелироваться, наверное. 

Странно только получается - напряжения в рамках данной гипотезы должны падать при уменьшении размера элемента. Проверю

Изменено 10 апреля 2020 пользователем k0roner

[Jesse 958]

3 часа назад, Orchestra2603 сказал:

В Theory Reference написно, что диаграмма в координатах effective stress vs. effective strain.

не буду спорить. это может зависеть от конкретного САЕ-пакета.
Я Ансисом почти не пользуюсь на данный момент, опирался на этот труд..)
https://poznayka.org/s92906t1.html

Предположил, что g_z - это норм напр-е

5 часов назад, k0roner сказал:

Отсматривал и S1, которое вносит основной вклад в эквивалентные напряжения. Величина еще выше (порядка 1300 МПа), пластические деформации по S1 равны нулю.

S1 - это нормальные и первое главное у вас? поаккуратнее..)

5 часов назад, k0roner сказал:

Кроме того - для материала диска тоже заданы пластические свойства (правда, уже по Multilinear Kinematic Hardening). И в замке диска я таких проблем не увидел.

отдельный вопрос, насколько отразится на результат использование различных моделей пластичности для разных деталей в контексте одной сборки..)

 

5 часов назад, k0roner сказал:

Есть доп вопрос - если напряжения посчитанные с отключенной функцией ERESX,off (выводятся напряжения без осреднения - по значениям в точке интегрирования элемента) и с осреднением сильно (более 25%) различаются - это, видимо, говорит о проблеме сходимости на сетке? Прав ли я? Если что - при отключенном осреднении напряжения ниже предела текучести (как по главным компонентам, так и по эквивалентным).

могу ошибаться, но значения в точ интегр-я Гаусса, осреднённые узловые и осреднённые поэлементно - всегда отличаются. А сеточную сходимость определяют именно по разнице между узловыми или элементными напряжениями, в точках интегрир-я не трогаем.

 

3 часа назад, k0roner сказал:

Напряжения и деформации плавно возрастают, никаких разгрузок не наблюдается.

по идее, это даже странно. Хотя если, как вы пишите, пласт деформации в микрообъёмах, то адекватно.

 

3 часа назад, k0roner сказал:

История нагружения проста как валенок

 

3 часа назад, k0roner сказал:

Контактное взаимодействие обеспечивает передачу усилий на ответную поверхность

контактное взаимодействие и обеспечит вам "сложность" истории нагружения

3 часа назад, k0roner сказал:

Странно только получается - напряжения в рамках данной гипотезы должны падать при уменьшении размера элемента.

в рамках какой гипотезы?

Изменено 10 апреля 2020 пользователем Jesse

[k0roner 4]

48 минут назад, Jesse сказал:

S1 - это нормальные и первое главное у вас? поаккуратнее..)

S1 - это S1. А именно первые главные напряжения.

 

48 минут назад, Jesse сказал:

отдельный вопрос, насколько отразится на результат использование различных моделей пластичности для разных деталей в контексте одной сборки..)

вопрос и вправду интересный. Но для простой модели балки, работающей на растяжение - не отражаются никак. Работает с двумя моделями пластичности одновременно, и вполне адекватно.

 

48 минут назад, Jesse сказал:

контактное взаимодействие и обеспечит вам "сложность" истории нагружения

возможно, в модели и вправду есть проблемы, раз есть вопросы. Однако я отслеживаю в интересующих меня узлах напряжения и деформации, и разгрузки не вижу. Про то, что изменение НДС в контактах просто - я не говорил) Проскальзывание и перераспределение напряжений в принципе могут дать эффект разгрузки, согласен. Можно даже оценить, на сколько же нужно разгружать, чтобы получить конечное значение напряжений.

 

48 минут назад, Jesse сказал:

в рамках какой гипотезы?

Величина пластических деформаций берется по значению в точке интегрирования элемента (факт из жизни Ansys). Величина получаемых напряжений - по экстраполируемым значениям в узлах. Насколько я понимаю, первичны данные расчета в точке интегрирования. В таком случае интересно, как именно экстраполируются напряжения в узлы, и как при этом учитывается величина пластической деформации в точке интегрирования.

Гипотеза моя состоит в том, что в данной конкретной задаче сеточная сходимость дает эффект, при котором алгоритм экстраполяции напряжений работает не совсем корректно, завышая осредненные напряжения. В этом случае точка в координатах напряжение - деформация окажется выше кривой. Тогда, если я прав, при уменьшении размера элемента (стягиваем элемент в точку интегрирования) должен наблюдаться эффект уменьшения уровня осредненных напряжений. Возможно, такие рассуждения выглядят наивно. Я не силен в деталях численной теории КЭ.

Изменено 10 апреля 2020 пользователем k0roner

[Jesse 958]

31 минуту назад, k0roner сказал:

Гипотеза моя состоит в том, что в данной конкретной задаче сеточная сходимость дает эффект, при котором алгоритм экстраполяции напряжений работает не совсем корректно, завышая осредненные напряжения. В этом случае точка в координатах напряжение - деформация окажется выше кривой.

тогда согласно вашей гипотезе, ни о какой оценке адекватности результатов анализа с пластикой не может быть и речи. 
На самом деле, учитывая исключительный авторитет Ансис, можно оставить всё это дело за кадром (особенно если работа срочная). 
Что вам надо сделать? Опр-ть НДС и оценить область пластических деформаций в модели. Дело известное: достигаем сеточной сходимости - получаем решение.
Какой-то механизм экстраполяции напр с пластикой должен быть.. он наверно и есть..) мб Гуру местные подтянутся, пояснят

[k0roner 4]

3 часа назад, Jesse сказал:

тогда согласно вашей гипотезе, ни о какой оценке адекватности результатов анализа с пластикой не может быть и речи. 
На самом деле, учитывая исключительный авторитет Ансис, можно оставить всё это дело за кадром (особенно если работа срочная). 
Что вам надо сделать? Опр-ть НДС и оценить область пластических деформаций в модели. Дело известное: достигаем сеточной сходимости - получаем решение.
Какой-то механизм экстраполяции напр с пластикой должен быть.. он наверно и есть..) мб Гуру местные подтянутся, пояснят

Согласно моей гипотезе, при плохой сетке можно встретить описанный выше эффект. При том, что качество сетки проверено стандартными методами сеточной сходимости, и все должно быть вроде ОК. Или объяснение мое не верное, и тогда хз. 

А вот замельчил сетку - и стало лучше. Ближе к напряжениям в интегрирующей точке, и ближе к кривой. А так-то да, первое за что ручки хватаются - это сетку рубить в пыль:) 

[soklakov 1 475]

В 09.04.2020 в 20:21, k0roner сказал:

Веду расчет лопатки рабочего колеса турбины. Требуется оценить напряжения в замке лопатки с учетом контактного взаимодействия и пластического поведения материала.

Вам это не на силовых ли машинах выдали?

В 10.04.2020 в 19:27, k0roner сказал:

Гипотеза моя состоит в том, что в данной конкретной задаче сеточная сходимость дает эффект, при котором алгоритм экстраполяции напряжений работает не совсем корректно, завышая осредненные напряжения.

сетку нормальную сделайте. с первого поста это стоило сделать.

[ДОБРЯК 602]

6 часов назад, soklakov сказал:

 

В 10.04.2020 в 19:27, k0roner сказал:

Гипотеза моя состоит в том, что в данной конкретной задаче сеточная сходимость дает эффект, при котором алгоритм экстраполяции напряжений работает не совсем корректно, завышая осредненные напряжения.

сетку нормальную сделайте. с первого поста это стоило сделать.

Проблема не в сетке, а в экстраполяции ))) напряжений...

Ни в Ансис ни в Настран ни в любой другой серьезной программе таких проблем нет. На той же самой сетке... 

Это давно проверено. Это проблема экстраполяции ))) напряжений...

 

[Graf Kim 217]

@k0roner модель у вас не КТшная/ГТшная? А то выкладывайте, потыкаем пробами вместе.

Ну и покажите уж сетку заодно.

[soklakov 1 475]

15 часов назад, ДОБРЯК сказал:

Ни в Ансис ни в Настран ни в любой другой серьезной программе таких проблем нет.

а где ж она?

[ДОБРЯК 602]

7 часов назад, soklakov сказал:

а где ж она?

В программе ВБ...

Проблема в экстраполяции ))) напряжений. Серьезные программы сразу вычисляют деформации (напряжения) в нужных точках, в узлах КЭ.

И не придумывают новизну и актуальность... 

[DrWatson 128]

Ух ты! а нет ли логического противоречия тут: "Ни в Ансис ни в Настран ни в любой другой серьезной программе таких проблем нет." и тут: "В программе ВБ..."

[ДОБРЯК 602]

4 минуты назад, DrWatson сказал:

Ух ты!

Мы вышли из бухты?

Классический Ансис, тот который имеет имя и ВБ это разные программы.

Неужели до этого уровня нужно разжевывать?

Зачем тогда на этом форуме сделали две разные ветки????

 

[DrWatson 128]

9 minutes ago, ДОБРЯК said:

Классический Ансис, тот который имеет имя и ВБ это разные программы.

 

Одно только это заслуживает быть отлитым в граните.

[ДОБРЯК 602]

2 часа назад, DrWatson сказал:

Одно только это заслуживает быть отлитым в граните.

В теории МКЭ нет никакой экстраполяции деформаций (напряжений).  

Уже миллион раз на этом форуме давали ссылки на буквари по МКЭ...

Дайте ссылку хоть на один букварь по МКЭ где сказано про экстраполяцию напряжений...

  

[DrWatson 128]

Неплохой ход. 

Сначала упороть чушь, а потом соскальзывать с темы. Еще и смайлики вставлять подмигивающие.