Ansys WB (Nonlinear) vs Эксперимент

[Arteg 73]

Всех приветствую!

 

Суть вопроса:

Провел испытание образца на разрушение и выполнил такой же расчет в Ansys (описание и того и другого далее по тексту).

Характер деформации Ansys передал отлично, однако по прочности наблюдается значительное расхождение с экспериментом в сторону повышения запаса прочности (т.е. реальный образец выдерживает большую нагрузку, чем при расчете в Ansys). 

Вопрос: почему это происходит и как приблизить результаты расчета к экспериментальным данным?

 

Постановка эксперимента

Образец для испытания: алюминиевая труба квадратного профиля 46х46х3

Материал: АД35Т1 ГОСТ 8617-18 (аналог 6082 Т6)

Закрепление: в качестве несущей конструкции взят стальной двутавр с приваренными к нему упорами, и приваренными к этим упорам стальными трубами длиной 100 мм.

В эти стальные трубы вставляется алюминиевая труба, после чего между ней и стальной трубой был вбит клин из стальной пластины, который также был приварен к стальной трубе.

Таким образом получили жесткую заделку на концах алюминиевой трубы. 

Нагружение: осуществляется на разрывной машине с помощью очень прочной тканевой ленты.

Скорость нагружения: 0.3 кН/сек.

 

Ход и Результаты эксперимента:

При нагрузке 15 кН был пройден предел текучести (согласно графику ниже).
При достижении значения нагрузки 22кН выполнено удержание на 30-40 секунд. (см. фото ниже) 

После выдержки нагрузка продолжила нарастать.
Нагрузка при разрушении составила: 22,8 кН
При это труба лопнула по нижней грани, и эксперимент завершился.

 

Для полного разрушения было проведено второе нагружение. По всей плоскости сечения труба разрушилась при 20 кН.

Труба после полного разрушения:

 

 

Обработка результатов эксперимента:

Исходя из экспериментальных данных, я рассчитал фактическое значение предела прочности сплава АД35 Т1, которое, в целом совпало с табличными значениями.

Момент инерции взят из Ansys.

 

 

РАСЧЕТ В ANSYS WB

1. Задание материала

Tangent modulus задан так, чтобы кривая заканчивалась на значении 310 МПа. (310 - ближе к табличным значениям)

 

Материал называется 6082Т6 т.к. это полный аналог АД35 Т1 и изначально я использовал это название.

 

 

2. Симметрия

Расчет проводился с учетом поперечной симметрии конструкции.

Длина модели: 450 мм

 

3. Сетка

Sweep Method

Global Mesh

 

4. Условия закрепления

Длина участка под закрепление: 100 мм

Fixed Support

 

5. Нагрузка

Ширина площадки приложения нагрузки: 10 мм (т.к. толщина ленты 20 мм)

Для приложения нагрузки выбраны скругленные углы трубы, т.к. лента натягивается между ними, и практически не воздействует на плоскую часть.

Значение нагрузки взято из эксперимента: 23 кН (округлил 22.8 кН)

С учетом симметрии задал силу: 11.5 кН

 

6. Analysis Settings

 

7. Результаты

Согласно результатам расчета, разрушение трубы при нагрузке 23 кН (11.5 кН т.к. симметрия) не происходит. При этом деформации и перемещение значительно меньше экспериментальных. Различие очень сильное 

Safety Factor (пороговое значение 310 МПа)

 

Total Deformation

 

Equivalent Stress

 

Правдоподобные деформации получаются при задании нагрузки 22 кН в симметричной постановке задачи, т.е. реальная получилась бы 44 кН.

Все скриншоты - True Scale

 

 

Что необходимо скорректировать в расчете, чтобы его результаты сошлись с экспериментом?

 

Заранее благодарю за ваши советы.

С Наступающим всех!

 

 

Изменено 30 декабря 2020 пользователем Arteg
Неверно отобразились картинки

[Борман 2 375]

Не видно картинок.

[Arteg 73]

2 минуты назад, Борман сказал:

Не видно картинок.

Исправил)

Геометрия трубы и46х46х3х450.x_tз расчёта

[Arteg 73]

25 минут назад, Arteg сказал:

Суть вопроса:

Провел испытание образца на разрушение и выполнил такой же расчет в Ansys (описание и того и другого далее по тексту).

Характер деформации Ansys передал отлично, однако по прочности наблюдается значительное расхождение с экспериментом в сторону повышения запаса прочности (т.е. реальный образец выдерживает большую нагрузку, чем при расчете в Ansys). 

Вопрос: почему это происходит и как приблизить результаты расчета к экспериментальным данным?

ВНИМАНИЕ!!! 

Тут написал неверно. Ansys расходится с экспериментом в сторону понижения запаса прочности!!!

То есть, в реальности образец уже разрушится, а согласно расчету Ansys - еще нет.

 

(в процессе создания темы, я увидел, что забыл разделить нагрузку на 2 в силу симметрии решения, переделал расчет и понял, что картина обратная, а в шапке предисловие забыл исправить))

Изменено 30 декабря 2020 пользователем Arteg

[DrWatson 128]

Хороший топик.

А не будет в данном случае модель материала (bilinear, с касательным модулем) давать ошибку в расчете в запас?

А если попробовать поискать прикидочные параметры для мультилинейного материала, и с ним прогнать еще раз?

Изменено 30 декабря 2020 пользователем DrWatson

[Arteg 73]

@DrWatson Спасибо!)

Я тоже думал об этом, но найти эти параметры не смог. 

Правда, искал я по запросу 6082Т6 Stress-Strain curve, но сомневаюсь, что для АД35Т1 что-то будет.

 

Более того, я уже 3ий день не могу найти прочностные характеристики АД35 Т4....мне несколько предприятий рекомендовали этот сплав (точнее эту его термическую обработку), но характеристик нет нигде.

[karachun 2 038]

@Arteg По перемещениям - в эксперименте у вас концы трубы могут проворачиваться на некоторый угол (пока не упрутся в верхнюю стенку) а в расчете они зафиксированы абсолютно жестко.

Пока они не уперлись в верхнюю стенку они вообще работают шарнирно.

Если еще есть трубы то попробуйте проложить в зазор сверху несколько стальных пластин.

 

 

Еще у вас в перемещения учитывается растяжение ленты (вы же не измеряете положение точки на самой трубе, верно?).
Например здесь, так по ощущениям, первые миллиметров 10 это выбор зазоров/волокон самой ленты.

10 минут назад, Arteg сказал:

Более того, я уже 3ий день не могу найти прочностные характеристики АД35 Т4

Может прямо с трубы вырежете образцы и поразрываете?

Изменено 30 декабря 2020 пользователем karachun

[Arteg 73]

@karachun Абсолютно справедливое замечание, но этот поворот очень мал. Погрешность с fixed support есть, но, я думаю, она не должна влиять настолько сильно.

 

[DrWatson 128]

25 минут назад, Arteg сказал:

Более того, я уже 3ий день не могу найти прочностные характеристики АД35 Т4....мне несколько предприятий рекомендовали этот сплав (точнее эту его термическую обработку), но характеристик нет нигде.

А если посчитать с абс. упругим материалом, какие напряжения возникнут?

[Arteg 73]

24 минуты назад, karachun сказал:

Еще у вас в перемещения учитывается растяжение ленты (вы же не измеряете положение точки на самой трубе, верно?).

Да, машина считает насколько опускается платформа. И да, лента растягивалась немного, но не на 10 мм, поменьше.

 

26 минут назад, karachun сказал:

28 минут назад, Arteg сказал:

Более того, я уже 3ий день не могу найти прочностные характеристики АД35 Т4

Может прямо с трубы вырежете образцы и поразрываете?

Изменено 14 минут назад пользователем karachun

Сама труба из АД35Т1. 

АД35Т4 это то, что мне советовали. На руках такого нет.

31 минуту назад, karachun сказал:

Еще у вас в перемещения учитывается растяжение ленты

В целом, я на перемещения тут и не смотрел. Я смотрел на фактический изгиб трубы только.

И материал в Ansys я задавал не на основе этой кривой.

[karachun 2 038]

@Arteg У вас сейчас растяжение при разрыве 1.8%. Не слишком ли это мало?

[Arteg 73]

9 минут назад, DrWatson сказал:

А если посчитать с абс. упругим материалом, какие напряжения возникнут?

Поясните пожалуйста.

Я Ansys пользую очень недолго. Что даст расчет с такой моделью материала? И как ее задать?

 

P.S.

Вообще этот расчет и эксперимент преследовал 3 цели:

1. Проверить, что предел прочности материала соответствует данным ГОСТ

2. Посмотреть вживую характер разрушения это материала

3. Понять, насколько выполняемые мною расчеты в Ansys с текущей моделью материала и настройками соответствуют реальности. Это очень важно, т.к. я сейчас подбираю материал для изготовления профиля на матрице, который должен быть достаточно прочным, но при этом чтобы его можно было согнуть по некоторому радиус (на горячую или холодную). 

[DrWatson 128]

1 минуту назад, Arteg сказал:

Поясните пожалуйста.

Я Ansys пользую очень недолго. Что даст расчет с такой моделью материала? И как ее задать?

Просто задать линейный материал, без билинейного закона.

Можно будет по Нейберу перевести линейные напряжения по Мизесу в напряжения с пластикой.

[Arteg 73]

4 минуты назад, karachun сказал:

У вас сейчас растяжение при разрыве 1.8%. Не слишком ли это мало?

Возможно! 

Поэтому и создал эту тему, т.к. не знаю что следует скорректировать, а главное как.

Я знаю, что относительно удлинение АД35Т1 = 8 - 10%. 

То что вы написали, этот тот же самый параметр? 

Если да, то как учесть это в модели материала? (буквально, куда нажать))

2 минуты назад, DrWatson сказал:

Просто задать линейный материал, без билинейного закона.

Можно будет по Нейберу перевести линейные напряжения по Мизесу в напряжения с пластикой.

Так ведь при линейном законе напряжения будут неадекватно большие. 

У меня был опыт, когда я сделал расчет балки на опорах в Ansys и просто руками по балочной теории, определив напряжения через максимальный момент и момент сопротивления сечения, т.е. по линейной теории

По итогу получилось, что напряжения при линейном расчете были в 3 раза больше. 

 

В целом могу запустить такой расчет, но не понимаю как он поможет в данном случае. 

К моему сожалению, про Нейбера ничего не слышал) Если расскажете как это сделать буду благодарен))

[karachun 2 038]

7 минут назад, Arteg сказал:

То что вы написали, этот тот же самый параметр?

Да.

 

7 минут назад, Arteg сказал:

куда нажать

Правьте Tangent modulus так чтобы напряжения в 310 МПа возникали при удлинении 0.08-0.1.

И еще. В справочниках идут инженерные напряжения и деформации а в Ансис нужны истинные. Но это не точно, пусть опытные ансисовцы это уточнят.
https://multiphysics.ru/stati/blog/krivaia-plastichnosti-pri-raschete-prochnosti-mke.htm

[Arteg 73]

1 минуту назад, karachun сказал:

Правьте Tangent modulus так чтобы напряжения в 310 МПа возникали при удлинении 0.08-0.1.

Тут сразу возникает вопрос.

При изменении значения tangent modulus изменяется только угол наклона прямой. 0.018 как было последним отображаемым значением по оси Strain так и остаётся. Значения 0.08 - 0.1 на оси не появляются.

 

Значит ли это, что нужно подобрать tangent modulus так, чтобы где-то там прямая графика пришли в значение 310 МПа при 0.8 (мы ее не увидим на графике), а видимая часть будет заканчиваться на каком-то другом значении в МПа при starin = 0.018?

[Orchestra2603 223]

1 hour ago, Arteg said:

1. Задание материала

Tangent modulus задан так, чтобы кривая заканчивалась на значении 310 МПа. (310 - ближе к табличным значениям)

очень сильно смущает эта фраза. .Как понимать, заканчивалась? У вас разрушение действительно наступает в момент epsilon=0.018? Чтобы корректно оценить касательный модуль, вам нужно знать напряжение при разрушении и пластические деформации до момента разрушения.  И потом поделить одно на другое. 

epsilon в момент разрушения в крайних фибрах можно грубо прикинуть, например, по кривизне балки в близки точки разрыва и принимая гипотезы тезнической теарии изгиба балок. Лучше конечно было сделать маркером отметки на балке на определеном растоянии вблизи предполагаемой точки разрыва, и уже постфактум определить удление в заоне разрыва, чтобы получить конкретную величину деформации при разрушении

34 minutes ago, Arteg said:

Еще у вас в перемещения учитывается растяжение ленты

тоже подписываюсь под этим.

Вы, по сути не знаете истинных прогибов самой балки. Да, сила, действующая на балку известна достоверно. Но вы, считайте, прикладываете ее через условную "пружину", которой в модели нет. По-хорошему, так не далают. Нужно тогда либо включать в модель все элементы установки, которые отличаются от асблютно жестких тел. Это хлопотно. И надо знать параметры всех ваших лент и прочего. Либо жесткость всех звеньев установки должна быть на порядок, как минимум, превышать жетскость образца.

 

Хотя с другой стороны...Если достоверность эксперимента по перемещениям и динамике образца не особенно беспокоит, то можно в принципе и забить.

[karachun 2 038]

4 минуты назад, Arteg сказал:

Значения 0.08 - 0.1 на оси не появляются.

Вот эта вторая ветка уходит в бесконечность. У вам в Ансисе материал не разрушается. Он просто работает сперва по E а потом Et.

6 минут назад, Arteg сказал:

Значит ли это, что нужно подобрать tangent modulus так, чтобы где-то там прямая графика пришли в значение 310 МПа при 0.8

Да.

Не путайте 1 = 100%.

0.8 = 80% - єэто не то что вам нужно.

8 минут назад, Arteg сказал:

нужно подобрать tangent modulus

Все уже придумано до нас. У вас есть предел текучести, предел прочности, растяжение при разрыве (d) и модуль упругости.

Tangent Modulus посчитаете по тригонометрии.

[Arteg 73]

18 минут назад, Orchestra2603 сказал:

Как понимать, заканчивалась?

Я не верно работал с этим графиком. Я думал, что видимая его часть должна упираться в передел прочности.

Соответственно, я не правильно задал касательный модуль.

23 минуты назад, Orchestra2603 сказал:

Лучше конечно было сделать маркером отметки на балке на определеном растоянии вблизи предполагаемой точки разрыва, и уже постфактум определить удление в заоне разрыва, чтобы получить конкретную величину деформации при разрушении

Я могу взять такую же трубу, сделать отметки на ней и спроецировать эти отметки на разорванную. Понимаю, что метод совсем не точный...но как думаете есть смысл так делать?

23 минуты назад, karachun сказал:

растяжение при разрыве (d)

Имеется ввиду именно деформации, а не прогиб балки, верно? То есть, даже если забыть про растяжение ленты, то D, мм, что представлено на моем графике из протокола испытания, это именно прогиб, а не деформация?

 

[karachun 2 038]

8 минут назад, Arteg сказал:

Имеется ввиду именно деформации, а не прогиб балки, верно? То есть, даже если забыть про растяжение ленты, то D, мм, что представлено на моем графике из протокола испытания, это именно прогиб, а не деформация?

Вот что я имею в виду.

1 час назад, Arteg сказал:

Я знаю, что относительно удлинение АД35Т1 = 8 - 10%. 

d это относительное удлинение, я его просто по другому назвал.