Перейти к публикации

Ansys WB (Nonlinear) vs Эксперимент


Рекомендованные сообщения

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.

wG-NYwFuYr4.jpg?size=2560x1920&quality=9

 

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) 

PO5ko5A9DnY.jpg?size=2560x1280&quality=9

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

gOVSPsdI2fg.jpg?size=1620x2160&quality=9

 

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

2hiHc-QmXa0.jpg?size=1620x2160&quality=9

Труба после полного разрушения:

zQSJDTo8k2Q.jpg?size=2560x1920&quality=9

 

 

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.

-W9d04HskBY.jpg?size=2560x1920&quality=9

 

 

РАСЧЕТ В ANSYS WB

1. Задание материала

ylBuguRBWfI.jpg?size=1666x464&quality=96

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.

UXfU1WF15s0.jpg?size=387x615&quality=96&

 

 

2. Симметрия

Расчет проводился с учетом поперечной симметрии конструкции.

Длина модели: 450 мм

gvXGE7xy4K0.jpg?size=1920x724&quality=96

 

3. Сетка

LNAlQOIxfyY.jpg?size=1523x697&quality=96

Sweep Method

1sAu2lrhe_U.jpg?size=392x337&quality=96&

Global Mesh

jxe2qt47au8.jpg?size=384x619&quality=96&

 

4. Условия закрепления

Длина участка под закрепление: 100 мм

Fixed Support

2VkY1fGFNqc.jpg?size=1907x681&quality=96

 

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

Gc1nlFxf0Pc.jpg?size=1904x720&quality=96

 

6. Analysis Settings

NLCFRgNvyiQ.jpg?size=388x457&quality=96&

 

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)

DDZKxTFRipE.jpg?size=1920x883&quality=96

 

Total Deformation

CAsu1s8LoAw.jpg?size=1518x698&quality=96

 

Equivalent Stress

pGA5WRWSqi0.jpg?size=1523x697&quality=96

 

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

Все скриншоты - True Scale

SKocxNEeeKY.jpg?size=1522x699&quality=96

jNP2JOhOLaA.jpg?size=1526x697&quality=96

RGgqslufAho.jpg?size=1520x697&quality=96

 

 

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

 

Заранее благодарю за ваши советы.

С Наступающим всех!

 

 

Изменено пользователем Arteg
Неверно отобразились картинки
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
  • 2 недели спустя...


UnPinned posts
1 час назад, karachun сказал:

Выкладывайте модель (в архиве и без результатов) тогда можно будет что-то говорить.

Завтра выложу!

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
32 минуты назад, Arteg сказал:

Проблема все в той же модели материала (более точная нужна), или еще что-то? 

Вскрытие покажет.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
15 часов назад, karachun сказал:

Вскрытие покажет.

Вот пациент: https://yadi.sk/d/j7dJ6In51v6VhQ

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

@Arteg У меня получилось примерно то же, но я задавал не перемещение а силу так что я уверен что если у меня расчет дошел до 41 секунды из 60 то и сила составила 41/60*22 кН.

 

Image 1.png

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
7 минут назад, karachun сказал:

У меня получилось примерно то же, но я задавал не перемещение а силу так что я уверен что если у меня расчет дошел до 41 секунды из 60 то и сила составила 41/60*22 кН.

@karachun Спасибо за оперативность!)

Понятно.

В настройках расчета, контактов, сетки и тд, все ОК? 

Дело только в задании материала?

 

И еще, я все так не до конца понимаю момент с приложением силы в статическом расчете.

Время Step End Time я задаю 60 сек. Вот график приложения силы, который рисует Ансис.

image.png

 

Разве это не значит, что он постепенно нагрузку увеличивает?

Я уже много раз слышал и читал, что в статическом время это не физическая величина как бы, но осознать полностью не могу)

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

@Arteg , во-первых вам нужно взять не ГОСТ-е данные по механике, а данные из сертификата на поставку.

Во-вторых, найти типовую диаграмму нагружения для данной марки материала или похожую по микроструктуре, термообработке для данных типов материалов и построить истинную диаграмму нагружения по данным о текучести и разрушения (в Ансисе в справке все разжевано про это, если не удалили).

В-третьих, имхо, сеточку локально уменьшить, чего мелочиться-то? Ведь пластика любит мелочность и качество.

В-четвертых, замерить реальные размеры профиля.

Ну дальше там, еще есть соображения, ну пока вот это.

Черт, в третьем пункте накаламбурил, нууу, вроде понятно...

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Тем временем, подготовка к эксперименту, который посоветовал @imt  почти завершена.

11.01.2021 в 18:27, imt сказал:

В эксперименте хорошо смажьте прутки, тогда в АНСИС можно задать контакт без трения, оно практически не повлияет на результат.

46_2mThDTAk.jpg?size=2560x1920&quality=9

RpK71xNTJZU.jpg?size=1620x2160&quality=9

i4X8TRGG_UY.jpg?size=1620x2160&quality=9

 

Из испытательного стенда я получу график сила/перемещения упора. По графику смогу определить предел текучести и предел прочности. Полностью Stress-Strain curve отсюда наверное не вытащить, это все таки не одноосное растяжения образца...

 

Деформации в области нагружения (снизу, где будет растяжения) смогу приблизительно получить, сделав отметки на трубе до нагружения, и замерив расстояние между ними. Причем, если измерять после снятия нагружения (или после разрыва), то это будет просто значение пластической деформации. 

 

Если что-то не так или что-то не учел, поправьте пожалуйста!

 

 

 

13 минут назад, AlexArt сказал:

Во-вторых, найти типовую диаграмму нагружения для данной марки материала или похожую по микроструктуре, термообработке для данных типов материалов и построить истинную диаграмму нагружения по данным о текучести и разрушения (в Ансисе в справке все разжевано про это, если не удалили).

Как именно это в справке найти? 

Недавно нашел видео, которое мне многое прояснило: https://www.youtube.com/watch?v=rCFmcNWRds4&feature=emb_logo&ab_channel=AnsysLearning

Может это как раз то, о чем вы говорите?

 

Про графи нагружения, вот самое подходящее, что удалось найти.

Но я немного путаюсь, и тут не совсем понимаю, как это в Ансис перевести.

Stress-strain curve 6082T6 1.png

Изменено пользователем Arteg
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

@Arteg , дааа, ваша оснащенность поражает... Завидую...

Сейчас поищу в справке, если по работе не отвлекут. Самому бы надо вспомнить, но все ленился, вы меня заставили )

А еще просто прочтите параграф Беляев Сопротивление материалов - Истинная диаграмма растяжения - чтобы не запутаться. Там немного читать.

Кстати, ваша машина тензометром не оснащается? А то бы сами бы сняли диаграмму.

И вообще, при измерении следуйте преписаниям стандартов, а ты вы всякую фигню получите.

Посмотрите ГОСТы или ASTM или DIN или EN всякие, не надо самодеятельности.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
6 минут назад, AlexArt сказал:

стати, ваша машина тензометром не оснащается?

Увы)

6 минут назад, AlexArt сказал:

И вообще, при измерении следуйте преписаниям стандартов

Да, на 3х точечный изгиб есть ГОСТ, но там плоские образца испытывают, а тут труба...Но еще раз по нему пробежаться точно будет не лишним!

8 минут назад, AlexArt сказал:

дааа, ваша оснащенность поражает

С одной стороны да, с другой стороны - это все сделано из обрезков)

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
1 час назад, karachun сказал:

Image 1.png

Покажите пожалуйста, как вы задали разбиение сетки для пластин и как их закрепили?

У меня расчет с силой разошелся на 30 сек. и снова отобразил балку, выгнутую в другую сторону.

Решал с 1/2 симметрией.

 

А еще, как вы контакты задали? 

Я параметр Trim contat ставил - off. Трение 0,2.

Изменено пользователем Arteg
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
1 hour ago, Arteg said:

Тем временем, подготовка к эксперименту,

и вообще.. наверное, надо было раньше спросить))) какая у вас вообще есть в распоряжении измерительная аппаратура? тензорезисторы, датчики перемещений/ускорений, что-нибyдь еще?

 

Если вы все-таки решили заниматьяс исключительно тестами на изгиб, то еще пара замечаний:

 

-постарайтесь сделать так, чтобы нижняя и верхняя грани трубы в точках опоры и в точке приложения соответственно ровненько "ложились"  на поперечные стержни, так чтобы не было горизонтальной проекции силы или паразитных моментов. Иногда нагрузка прикладвается через ролик какой-нибудь. Ролики, кстати, тоже хорошо иметь и в опорных точках. В вашем случае может быть и некритично конечно, но хуже точно не будет

 

-меня немного беспокоят эти опорные стержни. Они мне кажутся длинноватыми, и их ничего не подклрепляет по поперченой оси (т.е. по направлению перпендикулярно плоскости фотографии). Уголок же их только в продолбном направлении держит, так? Я бы на всякий случай посчитал бы их на потерю устойчивости, и оценил был деформации в стержнях при ожидаемых нагрузках на образец. Они должны быть сильно (на порядок, а то и два) ниже деформаций в образце

 

1 hour ago, Arteg said:

Деформации в области нагружения (снизу, где будет растяжения) смогу приблизительно получить, сделав отметки на трубе до нагружения, и замерив расстояние между ними. Причем, если измерять после снятия нагружения (или после разрыва), то это будет просто значение пластической деформации. 

вам кстати ничто не мешает нагружать вашу балку в несколько шагов с промежуточными короткими остановками, и делать промежуточные измерения между отметками. Так вы можете снимать относительыне деформации при разных уровнях нагрузки, и в прицпие получить приблизительную зависимость epsilon от силы вплоть до разрушения. Можно даже делать промежуточные разрузки, чтобы гарантированно точно оценить уровень пластических деформаций. Можно сделать не просто две отметки, а нарисовать маркеровм этом районе такую мелкую сеточку (можно сделать трафарет, и просто сверхку мазнуть краской). Тогда в процессе деформации вы уже увидите пространсвенную картину деформации в образце в районе месат разрушения. Можно растояния между отметками снимать не руками, а проводить видеосъемку (очень сейчас популярный метод), и снимать измерения с раскадровки, учитывая конечно соотношения между размерами пикселей, плюс возможные искажения перспективы (что не очень то сложно, на самом деле).  Будет вам вплоть до 24х измерений в секунду. Короче.. полету фантазии нет предела. Так что применяя немного смекалки и знаний, можно много чего извлечь даже из такого эксперимента.

 

Правда это все, честно говоря, делается часто из научного интереса. В задачах, как у вас, обычно делают все попроще и с ошибкой "в запас", лишь бы поскорее закрыть проект. Но, может, что-нибудь возьмете себе на вооружение

 

8 minutes ago, Arteg said:

У меня расчет с силой разошелся на 30 сек. и снова отобразил балку, выгнутую в другую сторону.

не смотрел файл, но похоже, что вы смотрите результат на самой последней итерации, которая не сошлась. Там у вас вообще может быть все, что угодно. Последний time step в несошедшемся расчете с unconverged solution - он неудачный! просто отойдите на один тайм степ назад, и смотрите результаты там.

 

И еще... Несошедшийся расчет не всегда означает полную потерю несущей способности. Расчет может несойтись по другим прицинам, например из-за больших искажений сетки, слишком крупный шаг, что-то с контактами и т.д. и т.п. Я всегда всем советую смотерть полную потерю несущей способности, когда включена матрица масс (т.е. в transient анализе с самого начала, либо с рестартом с с последнего тайм степа с transient'ом). Вы тогда непосредственно увидите, что конструкция поедит куда-то, а не будете ориентироваться на разваливающееся решение.

Изменено пользователем Orchestra2603
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
1 час назад, Arteg сказал:

Разве это не значит, что он постепенно нагрузку увеличивает?

Я уже много раз слышал и читал, что в статическом время это не физическая величина как бы, но осознать полностью не могу)

А почему одно должно противоречить другому. Ну увеличиваем мы постепенно нагрузку на каждом шаге. Для удобства мы называем этот шаг шагом по времени потому что это привычно. Но никакого времени в статике нет, нет времени значит нет инерции, нет колебаний у детали.

Само значение времени ничего не значит. Вы можете поменять максимальное время с 60 с на 0.000000000060 с. И модель будет считаться так же само. Здесь время это только мера приращения нагрузки.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

И зачем вы начали transient анализ мучить... а типо максимально близко к эксперименту? Ну-ну.

Во еще совет: меня терзают смутные сомнения по воспроизводимости результата. Надо бы так-то на нескольких образцах произвести опыт. А то там возможно разброс большой?

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
13 минут назад, Arteg сказал:

Покажите пожалуйста, как вы задали разбиение сетки для пластин и как их закрепили?

 

Image 1.png

Image 2.png

3 минуты назад, AlexArt сказал:

И зачем вы начали transient анализ мучить...

Никто за транзиент не трогал. Вопрос в том что такое время в статике. Оно как бы есть и его как бы нет.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

@karachun Спасибо за объяснения!

 

А Frictionless support куда приложены? 

И еще раз, контакты между пластинами и трубой через что заданы?

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
22 минуты назад, Arteg сказал:

А еще, как вы контакты задали?

 

Image 1.png

Только что, Arteg сказал:

А Frictionless support куда приложены? 

Это у меня симметрия.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
25 минут назад, Orchestra2603 сказал:

и вообще.. наверное, надо было раньше спросить))) какая у вас вообще есть в распоряжении измерительная аппаратура? тензорезисторы, датчики перемещений/ускорений, что-нибyдь еще?

cxdrzfhvD5o.jpg?size=1620x2160&quality=9

 

Разрывной стенд с динамометром. Может работать в оба направления.

Стенд считывает 3 параметра: 

D, мм - перемещение плиты

F, Н - сила с динамометра

t, сек - время испытания

 

27 минут назад, Orchestra2603 сказал:

-постарайтесь сделать так, чтобы нижняя и верхняя грани трубы в точках опоры и в точке приложения соответственно ровненько "ложились"  на поперечные стержни, так чтобы не было горизонтальной проекции силы или паразитных моментов. Иногда нагрузка прикладвается через ролик какой-нибудь. Ролики, кстати, тоже хорошо иметь и в опорных точках. В вашем случае может быть и некритично конечно, но хуже точно не будет

Да, это постарались обеспечить. + смажу опорные стержни, чтобы минимальное трение было.

 

29 минут назад, Orchestra2603 сказал:

-меня немного беспокоят эти опорные стержни. Они мне кажутся длинноватыми, и их ничего не подклрепляет по поперченой оси (т.е. по направлению перпендикулярно плоскости фотографии).

Там весьма толстая стальная труба, нагрузка будет строго вертикально, конструкция тоже весьма ровная получилась.

Поэтому можно сразу сказать, что деформации опор по поперечной оси будет пренебрежимо малы.

 

32 минуты назад, Orchestra2603 сказал:

вам кстати ничто не мешает нагружать вашу балку в несколько шагов с промежуточными короткими остановками, и делать промежуточные измерения между отметками. Так вы можете снимать относительыне деформации при разных уровнях нагрузки, и в прицпие получить приблизительную зависимость epsilon от силы вплоть до разрушения. Можно даже делать промежуточные разрузки, чтобы гарантированно точно оценить уровень пластических деформаций. Можно сделать не просто две отметки, а нарисовать маркеровм этом районе такую мелкую сеточку (можно сделать трафарет, и просто сверхку мазнуть краской). Тогда в процессе деформации вы уже увидите пространсвенную картину деформации в образце в районе месат разрушения.

Да, попробую сделать так. На счет видеосъемки не знаю, никогда таким не занимался, но спасибо большое за идею!

Вопрос такой: эпсилон то я получу, а вот из полученного графика силы корректно будет напряжение пересчитать как сила/площадь сечения? Я думаю что нет, но на всякий случай уточняю)

36 минут назад, Orchestra2603 сказал:

Правда это все, честно говоря, делается часто из научного интереса. В задачах, как у вас, обычно делают все попроще и с ошибкой "в запас"

С ошибкой в запас сделать конечно можно, но в силу отсутствия опыта, мне тяжело оценить насколько это в запас получается, и в запас ли вообще. 

Одно дело когда эксперимент есть, и сравниваешь, а другое когда проектируешь новый профиль и не знаешь как он себя поведет.

39 минут назад, Orchestra2603 сказал:

(т.е. в transient анализе с самого начала, либо с рестартом с с последнего тайм степа с transient'ом).

это пока неизведанный край) 

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
10 минут назад, Arteg сказал:

Разрывной стенд с динамометром. Может работать в оба направления.

Стенд считывает 3 параметра: 

D, мм - перемещение плиты

F, Н - сила с динамометра

t, сек - время испытания

Так а почему нельзя на нем поразрывать плоские образцы, вырезанные из трубы? Сразу получите кривые. Без всякой промежуточной калибровки через МКЭ. Путь не совсем точно, пусть не по ГОСТу но будет хоть что-то.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
13 минут назад, karachun сказал:

Так а почему нельзя на нем поразрывать плоские образцы, вырезанные из трубы? Сразу получите кривые. Без всякой промежуточной калибровки через МКЭ. Путь не совсем точно, пусть не по ГОСТу но будет хоть что-то.

Тут вопрос как их закрепить. Вот вырезал я пластинку, по краям надо какие-то утолщения сделать, а не из чего. Разве что из той же самой трубы нарезать еще пластин и сделать бутерброд.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
38 minutes ago, Arteg said:

Вопрос такой: эпсилон то я получу, а вот из полученного графика силы корректно будет напряжение пересчитать как сила/площадь сечения? Я думаю что нет, но на всякий случай уточняю)

Можно, зная силу, посчитать изгибающий момент, а потом посчитать напряжения по балочной теории. .НО!! Только до достижения предела текучести! После того, как начала развиваться пластика, вы вообще не можете сказать, какие напряжения в этой балке, не зная априрои кривой sigma-epsilon. 

 

Вот если бы у вас был тест на растяжение, то тогда, да, вы могли бы силу поделить на площадь поперечного сечения и получить напряжения. В этом конечно же очевидная выгода. 

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете опубликовать сообщение сейчас, а зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, войдите в него для написания от своего имени.
Примечание: вашему сообщению потребуется утверждение модератора, прежде чем оно станет доступным.

Гость
Ответить в тему...

×   Вставлено в виде отформатированного текста.   Вставить в виде обычного текста

  Разрешено не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отобразить как ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставить изображения напрямую. Загрузите или вставьте изображения по ссылке.

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.




×
×
  • Создать...