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

[AlexArt 277]

@Arteg , по поводу диаграммы нагружения. Походу я что-то напутал или забыл - давно это было. Короче, берем мультилинейное изотропное упрочнение и забиваем пластическую деформацию и просто напряжения. Не нужна истинная диаграмма. Для получения пластической деформации вычитаем из экспериментальной деформации участок линейной деформации (там где прямая пропорциональность). Вот.

Но прежде проведем подгонку: у нас есть предел текучести, временное сопротивление, остаточное удлинение по сертификату на партию и есть чья-то диаграмма нагружения на аналог. В общем вам нужно экспериментальные данные подогнать на участки между пределом текучести и временным сопротивлением. Вот у вас и будет собственная диаграмма растяжения! Точность здесь особая не нужна.

Ну и дальше табличку себе построите: пластическая деформация vs напряжения - и забьете в модель.

[karachun 2 038]

44 минуты назад, Arteg сказал:

Разве что из той же самой трубы нарезать еще пластин и сделать бутерброд.

Взять пару стальных пластин (Ст3) и стянуть их болтами. Тогда пакет будет намного жестче чем исследуемый участок.

Ну и у основания сделать их по шире.

[AlexArt 277]

В приведенном аналоге есть такой горб явный с отсутствием площадки текучести. Вот он и дает повышенную прочность при эксперименте. В вашей же модели нету этого горба. Сделайте горбик как я вам описал и все будет путем.

Вообще брать билинейку можно только при расчете несущей способности или в каких-то экзотических материалах, на мой взгляд. Там где нужно воспроизвести результаты эксперимента - это смешно.

[Arteg 73]

17 минут назад, AlexArt сказал:

Не нужна истинная диаграмма

Ansys как раз с истинными работает.

В мультилинейной диаграмме задаются истинные пластические деформации и напряжения. Причем начинается это табличка с: Эпсилон=0, Сигма=предел текучести.

 

21 минуту назад, AlexArt сказал:

Для получения пластической деформации вычитаем из экспериментальной деформации участок линейной деформации (там где прямая пропорциональность)

Это да, типа вот так:

 

1. Эпсилон пластич. = Эпсилон _{эксперимент истин.} - Эпсилон _упруг

 

2. Эпсилон _{эксперимент истин} = ln(1+Эпсилон _{эксперимент})

 

3. Эпсилон _упруг = Сигма _истин. / Модуль упругости

 

4. Сигма _истин. = Сигма _{эксперимент} * (1+ Эпсилон _{эксперимент})

[AlexArt 277]

@Arteg , ну хз, я вот и помню, что когда-то забивал истинные, но вот сейчас побегал по справке, что-то явно не нашел этого упоминания. Может и проглядел, а может они что-то изменили. Позже еще раз проверю.

Ну так что там с мультилинейкой получается?

[Arteg 73]

@AlexArt Я опираюсь на это видео: 

 

Источник вполне надежный и объяснения хорошее, подробное.

Тайминг инфы про истинные значения: 5:00 мин

 

Изменено 14 января 2021 пользователем Arteg

[Arteg 73]

Насколько я понимаю, это должно быть так.

Рассчитал пластическую деформацию и истинное напряжение для экспериментального  значения Strain = 10% 

 

 

Strain = 10% в экспериментальную деформацию я же верно перевел?

[AlexArt 277]

Угу, теперь промежуточные точки.

Кстати, что там по данным из сертификата на поставку? Какая там механика?

[Arteg 73]

1 час назад, AlexArt сказал:

Кстати, что там по данным из сертификата на поставку? Какая там механика?

Я запросил инфу, но пока тишина

[imt 59]

21 час назад, Arteg сказал:

По графику смогу определить предел текучести и предел прочности. Полностью отсюда наверное не вытащить, это все таки не одноосное растяжения образца...

 

Давайте еще раз... 

Условный предел текучести и предел прочности для материала надо взять из ГОСТа (или сертификата на поставку, если очень повезет). 

По этим двум параметрам задать в расчете Stress-Strain curve.

Провести испытания на трубе и сравнить результаты для того, чтобы убедится в правильности исходных данных, правильности проведения расчета и эксперимента.

После этого можно переходить к расчету детали/конструкции.

[ДОБРЯК 602]

21 час назад, Arteg сказал:

Из испытательного стенда я получу график сила/перемещения упора. По графику смогу определить предел текучести и предел прочности.

Как вы определите из этого графика предел текучести и предел прочности материала?

[imt 59]

21 час назад, Orchestra2603 сказал:

-меня немного беспокоят эти опорные стержни. Они мне кажутся длинноватыми, и их ничего не подклрепляет по поперченой оси

 

Согласен, выглядит не очень крепко, тем более с основанием на двутавре... Испытания нескольких образцов под угрозой.

В крайнем случае весь этот дизайн не сложно учесть в расчете (если, конечно, его сильно не поведет в эксперименте).

21 час назад, Arteg сказал:

Да, на 3х точечный изгиб есть ГОСТ, но там плоские образца испытывают, а тут труба...

 

Не очень важно пластина или труба. Главное, чтобы в расчете достаточно просто можно было воспроизвести нагрузки и закрепления.

Например, есть автомобильный ОСТ на оси подвески, который требует, чтобы при нагрузке 5Рстат ось не уходила в пластику.

В эксперименте делают 4-х точечный изгиб: вместо колес устанавливают специальные башмаки, а нагрузку (до 10Рстат) прикладывают к рессорным площадкам. По графику нагрузка/перемещение определяют прошла ось испытания или нет.

Все это хорошо воспроизводится в расчете.

[imt 59]

19 часов назад, AlexArt сказал:

Но прежде проведем подгонку: у нас есть предел текучести, временное сопротивление, остаточное удлинение по сертификату на партию и есть чья-то диаграмма нагружения на аналог. В общем вам нужно экспериментальные данные подогнать на участки между пределом текучести и временным сопротивлением. Вот у вас и будет собственная диаграмма растяжения! Точность здесь особая не нужна.

 

Соглашусь. Специально не проверял, но есть основания говорить, что для расчета и правильного "воспроизведения" эксперимента важны предел текучести и предел прочности.

Промежуточные точки должны формировать только "общий" вид кривой истинных напряжений 

[imt 59]

21 час назад, Orchestra2603 сказал:

а проводить видеосъемку, и снимать измерения с раскадровки (что не очень то сложно, на самом деле)

 

тот еще геморрой ... :)

[imt 59]

1 час назад, imt сказал:

По этим двум параметрам задать в расчете Stress-Strain curve.

 

Двух параметров не хватит, конечно.

Для построения кривой истинных напряжений надо знать:

 1. Модуль Юнга

 2. Коэффициент Пуассона

 3. Условный предел текучести - сигма 0.2 ( обычно в ГОСТах и справочниках указан именно он, даже если написано, что это предел текучести - сигма Т)

 4.  Относительное сужение при разрыве - пси

 

Все эти данные можно найти в справочниках

[Arteg 73]

6 часов назад, imt сказал:

Двух параметров не хватит, конечно.

Для построения кривой истинных напряжений надо знать:

 1. Модуль Юнга

 2. Коэффициент Пуассона

 3. Условный предел текучести - сигма 0.2 ( обычно в ГОСТах и справочниках указан именно он, даже если написано, что это предел текучести - сигма Т)

 4.  Относительное сужение при разрыве - пси

 

Все эти данные можно найти в справочниках

Не совсем понял где используется сужение при разрыве..

 

В сертификатах на партию написано просто, что характеристики материала/изделия соответствуют ГОСТ 8617-81.

На основе данных из этого ГОСТ получил истинные напряжение и пластическую деформацию при разрыве: 

Получается, что линейный участок в Ansys задается Модулем Юнга и пределом текучести, а пластический участок через Multilinear Isotropic Hardening, в котором будут всего 2 точки. (как показано в табличке на фото выше).

 

@imt @AlexArt @karachun 

@ДОБРЯК

подтвердите пожалуйста, верно все?)

 

 

На всякий случай попробую все же снять деформации при нагружении, измеряя удлинения расстояние между отметками.

(лазерная гравировка, размеры в мм, весьма точно получилось).

 

7 часов назад, ДОБРЯК сказал:

Как вы определите из этого графика предел текучести и предел прочности материала?

Согласен, никак

Тут только одноосное растяжения....возможно, действительно подумаю на счет растяжения вырезанной пластинки.

Но закрепить сложно будет, может выскочить 

Изменено 15 января 2021 пользователем Arteg

[imt 59]

2 часа назад, Arteg сказал:

(лазерная гравировка, размеры в мм, весьма точно получилось).

 

Да... Лазерная гравировка - это вещь...

@Arteg , Вы исполнитель мечт... :)

 

Хорошо известен способ построения кривой истинных напряжений, для сталей он работает хорошо (см. приложение). steel_true_stress_strain.doc

Кажется, это очень похоже на Гохфельда (не проверял). 

У Гохфельда есть разница для аппроксимации мультилинейной кривой для разных материалов с разными отношениями сигма Т / сигма В. Наверное, Гохфельд лучше подойдет.

А может простой способ из ютуба лучше.

Осталось только провести эксперимент, посчитать и определить, какой способ аппроксимации кривой больше подходит для алюминия.

С замиранием сердца смотрим и надеемся на Вас, @Arteg !

 

2 часа назад, Arteg сказал:

 

@imt @AlexArt @karachun 

@ДОБРЯК

подтвердите пожалуйста, верно все?)

 

 И таки да... @Orchestra2603 не обидится?

 

:)

[Arteg 73]

9 минут назад, imt сказал:

И таки да... @Orchestra2603 не обидится?

Прошу меня извинить) большой поток информации, всех мэтров пока не упомнил)

@imt за инфу и файл спасибо большое!

Буду разбираться!

 

Тем не менее, тот расчет что я привел, в целом корректен?

[AlexArt 277]

@Arteg , ну меня точно не надо рядом с @karachun ставить. Он то тут один из самых крутых будет. Я просто кое-что знаю, кое-что умею.

Если по делу, то:

3 часа назад, Arteg сказал:

в котором будут всего 2 точки.

Нет! Добавьте еще точек, а то это же та же самая билинейка! Ешкин кот, едрен батон...

И вообще, кусок говна это, а не сертификат. Я даже во вшивых конторках по требованию получал сертификаты на металлопрокат.

А ну хз, лень смотреть, но 81 год отменен так то. Может там и прописанно, что такой формулировки достаточно, но я сомневаюсь.

[Arteg 73]

3 минуты назад, AlexArt сказал:

Нет! Добавьте еще точек, а то это же та же самая билинейка! Ешкин кот, едрен батон.

Да, выходит что так.

Точки я попробую добавить, но из эксперимента с изгибом трубы брать их наверное не слишком корректно...

Деформацию на участке где растяжение я измерию, а как с напряжением быть?