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 276]

@Arteg , блин, какой эксперимент! Я вам до этого писал, что из того графика берите! Почему вы ограничились только двумя точками. За вас я точки не буду добавлять.

И вообще затея с экспериментом с получением механических хар-к - сомнительная идея. Имхо, вы не владете техникой эксперимента. Проведение испытаний это отдельный труд и наука. Это я вам как бывший ведущий инженер-исследователь говорю.

[Arteg 73]

15 часов назад, AlexArt сказал:

блин, какой эксперимент! Я вам до этого писал, что из того графика берите!

Наконец картинка в голове сложилась, спасибо! 

 

15 часов назад, AlexArt сказал:

За вас я точки не буду добавлять.

Ни в коем случае)

 

15 часов назад, AlexArt сказал:

Проведение испытаний это отдельный труд и наука. Это я вам как бывший ведущий инженер-исследователь говорю.

Согласен. И да, опыта в проведении экспериментов практически нет. Вот и нарабатываю)

[imt 59]

16 часов назад, AlexArt сказал:

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

 

 Рано впадать в отчаяние...

 

@Arteg , прочитайте еще раз 3 последние страницы темы

Краткое содержание.

1. Конструкция с алюминиевым профилем работает в условиях сложного изгиба. Для проектирования сложного сечения профиля надо расчетным способом повторить в АНСИС испытания по сертификации с глубокой пластикой . Для этого надо знать свойства материала.

 

2. Для того чтобы расчет с глубокой пластикой хорошо повторил испытания,  необходимо использовать для материала кривую мультилинейной пластичности вместо билинейной. Мультилинейная означает, что в расчетной кривой должно быть много точек - двух точек недостаточно. Любое число точек для расчетной кривой можно получить, например, с помощью аналитической формулы, в которую входят механические свойства материала Е, ню, сигма Т, сигма В, пси (эти данные можно взять из ГОСТа или справочников).

 

3. 3-х точечный изгиб - самый простой случай и для эксперимента, и для расчета. Если получится расчетным способом повторить с точностью 10% результаты 3-х точечного изгиба квадратной алюминиевой трубы - приступайте к п.1.

 

Если не получится, прочитайте еще раз 3 последние страницы темы...

[ДОБРЯК 602]

56 минут назад, imt сказал:

Для проектирования сложного сечения профиля надо расчетным способом повторить в АНСИС испытания по сертификации с глубокой пластикой .

Квадратное сечение уже стало сложным?

Сертификации чего с глубокой) пластикой...

[Arteg 73]

6 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Квадратное сечение уже стало сложным?

Нет, @imt здесь говорит про проектируемый профиль, а не про квадратную трубы, которая испытывается.

[ДОБРЯК 602]

10 минут назад, Arteg сказал:

Нет, @imt здесь говорит про проектируемый профиль, а не про квадратную трубы, которая испытывается.

И где этот сложный профиль который будет работать в глубокой) пластике. Для страховки мойщиков окон.

А потом вы будете проектировать кронштейны которые будут работать в глубокой пластике. И сертифицировать.

[Arteg 73]

2 часа назад, ДОБРЯК сказал:

И где этот сложный профиль который будет работать в глубокой) пластике.

Профиль работать в глубокой пластике не будет. Пластика будет при статическом испытании на прочность.

[статист 608]

Посмотрите справочное Когана, Махутов, Гусенков Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность, первые стр 20. Если мне память не изменяет, там приводилось как из гостовских параметров вытащить нелинейную апроксимацию кривой напряжения деформации. Или приводились ссылки

28 минут назад, Arteg сказал:

Профиль работать в глубокой пластике не будет. Пластика будет при статическом испытании на прочность.

Вы выше по теме приводили фразу, что если статические нагрузки выдержит, то динамикие тем более. Я может не до конца все понял, но я не был бы так уверен в этом утверждении.

 

[Arteg 73]

51 минуту назад, статист сказал:

Посмотрите справочное Когана, Махутов, Гусенков Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность, первые стр 20.

Спасибо за информацию!!!

 

51 минуту назад, статист сказал:

Вы выше по теме приводили фразу, что если статические нагрузки выдержит, то динамикие тем более. Я может не до конца все понял, но я не был бы так уверен в этом утверждении.

Я, возможно, не совсем точно выразился. Испытания для сертификации проводят и динамические, и статические.

В статических испытаниях нагрузка заложена больше, чем она будет возникать при динамическое испытании (и при реальной эксплуатации). Утверждать, что раз выдержала статика, то динамика тем более я, конечно, не берусь, но это наиболее вероятный исход в данном случае.

[Arteg 73]

Господа эксперимент и расчет версии 2.0 состоялись!

Выношу на Ваш суд, обсуждение и, надеюсь, подтверждение.

 

ЭКСПЕРИМЕНТ

Упоры и пресс смазаны для уменьшение трения, чтобы в расчете задать контакты как frictionless.

Нагрузка прикладывалась по перемещению пресса, а не по создаваемому усилию.

Время от времени движения пресса останавливал, для измерения деформаций снизу трубы, но вышло это не особо информативно..

Скорость перемещения пресса: 5 мм/мин.

 

Ход испытания:

 

 

Разрушения нижней части трубы так и не произошло, т.к. пресс прорвал ее сверху и начал сминать.

Однако, это произошло далеко не сразу. Перемещения пресса продолжались вплоть до значения 100 мм.

 

График сила - перемещения:

 

 

 

 

РАСЧЕТ ANSYS

Перед началом эксперимента все образмерил рулеткой и штангенциркулем.

Модель делал точно по реальным размерам.

Материал задал через Multilinear Isotropic Hardening, как обсуждалось ранее. 

В способе пересчета в истинные напряжения, который привел @imt в файле, я разобраться не успел. Там все не так просто. Считал так, как я скидывал ранее по теме, и как объясняют в видео обучении.

 

Задачу решал с двухосевой симметрией (1/4).

Нагрузку задавал через перемещения.

Величина перемещения: 30 мм. При этом значении в эксперименте уже началась заметная пластика, но не было разрушения.

 

Сетка:

 

Analysis Settings:

 

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

 

Напряжения

 

Деформации:

 

Запас прочности. Пороговое значение 339 МПа.

 

Значения Force Reaction. (В виде графика F,Н / D,мм не нашел как вывести, поэтому табличка). 

 

В конце расчета при перемещении 30 мм (нижняя строчка) усилие составило 2300 Н. С учетом симметрии 1/4, реальная сила 9200 Н.

В эксперименте на 30 мм сила равна 9800 Н. 

Погрешность получается 7%.

Мне кажется это победа) С нетерпением жду Ваших комментариев! 

 

ВОПРОСЫ

 

1. Какие есть замечания?

2. Насколько приемлема полученная погрешность?

3. Как понять, полученный расчет Ansys получился в запас прочности или наоборот?

4. Как вывести график F/D в Ansys? (типа как получался в эксперименте)

[Arteg 73]

Запрашиваю поддержу артиллерии @Orchestra2603@karachun @ДОБРЯК @imt@AlexArt

[karachun 2 038]

59 минут назад, Arteg сказал:

С нетерпением жду Ваших комментариев!

Класс!

Теперь интересно как себя поведет билинейная модель.

Вот, даже нашел нужный Еврокод. Смотрите приложение Е. стр. 162. Там есть несколько моделей - билинейные и трилинейные.

 

https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2014/11/en.1999.1.1.2007.pdf

 

и забыли @DrWatson

P.S. Я не экспериментатор но я бы продел сквозь отверстия в нижних опорах веревку и обвязал бы балку поверху. А то вдруг она захочет вбок выстрелить.

Изменено 19 января 2021 пользователем karachun

[karachun 2 038]

1 час назад, Arteg сказал:

Как вывести график F/D в Ansys?

У вас есть Time. При 120 с D = 30 мм и при этом зависимость линейная. Так что можно скопировать таблицу в ексель и домножить время на 0.25.

1 час назад, Arteg сказал:

Как понять, полученный расчет Ansys получился в запас прочности или наоборот?

Расчетная реакция меньше чем фактическая, значит расчет в запас. В эксперименте при 9200 Н прогиб меньше.

1 час назад, Arteg сказал:

Насколько приемлема полученная погрешность?

до 10% при развитой пластике это замечательно.

1 час назад, Arteg сказал:

Какие есть замечания?

Я бы еще сравнил площади графиков сила-перемещение. Это будет количество энергии деформации которое может поглотить балка.

1 час назад, Arteg сказал:

Перед началом эксперимента все образмерил рулеткой и штангенциркулем.

Модель делал точно по реальным размерам.

А какое расстояние между опорами и сильно ли сечение профиля отличается от номинального?

Изменено 19 января 2021 пользователем karachun

[kolo666 253]

1 час назад, Arteg сказал:

Господа эксперимент и расчет версии 2.0 состоялись!

Выношу на Ваш суд, обсуждение и, надеюсь, подтверждение.

 

ЭКСПЕРИМЕНТ

Упоры и пресс смазаны для уменьшение трения, чтобы в расчете задать контакты как frictionless.

Нагрузка прикладывалась по перемещению пресса, а не по создаваемому усилию.

Время от времени движения пресса останавливал, для измерения деформаций снизу трубы, но вышло это не особо информативно..

Скорость перемещения пресса: 5 мм/мин.

 

Ход испытания:

 

 

Разрушения нижней части трубы так и не произошло, т.к. пресс прорвал ее сверху и начал сминать.

Однако, это произошло далеко не сразу. Перемещения пресса продолжались вплоть до значения 100 мм.

 

График сила - перемещения:

 

 

 

 

РАСЧЕТ ANSYS

Перед началом эксперимента все образмерил рулеткой и штангенциркулем.

Модель делал точно по реальным размерам.

Материал задал через Multilinear Isotropic Hardening, как обсуждалось ранее. 

В способе пересчета в истинные напряжения, который привел @imt в файле, я разобраться не успел. Там все не так просто. Считал так, как я скидывал ранее по теме, и как объясняют в видео обучении.

 

Задачу решал с двухосевой симметрией (1/4).

Нагрузку задавал через перемещения.

Величина перемещения: 30 мм. При этом значении в эксперименте уже началась заметная пластика, но не было разрушения.

 

Сетка:

 

Analysis Settings:

 

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

 

Напряжения

 

Деформации:

 

Запас прочности. Пороговое значение 339 МПа.

 

Значения Force Reaction. (В виде графика F,Н / D,мм не нашел как вывести, поэтому табличка). 

 

В конце расчета при перемещении 30 мм (нижняя строчка) усилие составило 2300 Н. С учетом симметрии 1/4, реальная сила 9200 Н.

В эксперименте на 30 мм сила равна 9800 Н. 

Погрешность получается 7%.

Мне кажется это победа) С нетерпением жду Ваших комментариев! 

 

ВОПРОСЫ

 

1. Какие есть замечания?

2. Насколько приемлема полученная погрешность?

3. Как понять, полученный расчет Ansys получился в запас прочности или наоборот?

4. Как вывести график F/D в Ansys? (типа как получался в эксперименте)

Поздравляю! Сойтись с экспериментов всегда приятно) 

 

Кидайте геометрию, пересчитаем ещё в Femap чтобы быть уверенными на 100%)

[Arteg 73]

26 минут назад, karachun сказал:

Теперь интересно как себя поведет билинейная модель.

Да, действительно! 

Завтра сделаю с той что уже есть расчет на перемещение 40 или 50 мм, где пластика еще больше. Так, чисто для успокоения)

Затем билинейную заряжу.

27 минут назад, karachun сказал:

и забыли @DrWatson

Вы правы)

 

11 минут назад, karachun сказал:

У вас есть Time. При 120 с D = 30 мм и при этом зависимость линейная. Так что можно скопировать таблицу в ексель и домножить время на 0.25.

Как вариант, но я знаю, что сам Ansys как-то это делает.

 

@Graf Kim подскажите пожалуйста, как это вывести?  Вы уже так делали, и даже объясняли, но я так и не разобрался)

 

 

13 минут назад, karachun сказал:

до 10% при развитой пластике это замечательно.

Бальзам на душу)

Только что, kolo666 сказал:

Кидайте геометрию, пересчитаем ещё в Femap чтобы быть уверенными на 100%)

Завтра скину! Спасибо!

[Orchestra2603 223]

2 hours ago, Arteg said:

Погрешность получается 7%.

Пока выглядит так, что это действительно очень хорошее попадание! Поздравляю!!)) 

Не хочется занудствовать, но если есть возможность, проведите еще хотя бы 2-3 эксперимента, чтобы оценить повторяемость и разброс по результатам.

2 hours ago, Arteg said:

С учетом симметрии 1/4, реальная сила 9200 Н.

В эксперименте на 30 мм сила равна 9800 Н. 

Еще бы хорошо сравнить пиковые нагрузки, которые у вас на 20 мм ,как видно из графика с эксперимента. Ну, или вообще разобраться и построить график.. Там вроде как можно то ли через Chart как-то поменять значение по оси X. Дело пары кликов. Ну, или да, тупо в Эксель скинуть

 

Для собственого спокойствия можно попробовать еще дополнительно верифицировать расчет по деформациям с того района, где гравировка была сделана. Т.е. вывести из Ансиса epsilon_x в нижней точке и посмотреть как оно соотносится с тем, что вы замеряли между делениями на промежуточных остановках.

 

Кстати говоря, по этим двум наборам данных можно уточнить в диаграмме деформирования модуль Юнга, предел текучести непосредственно для этого образца. Потом можно откалиброваться по максимальному усилию, и найти и касательный модель для билинейной диаграммы. Но, я хз, надо ли оно, если и с этой диаграммой уже и так все красиво :)

[AlexArt 276]

@Orchestra2603  мои мысли списал ) , хотя из этих данных вытаскивать механические характеристики не советовал бы. Не канон, как говорится.

Единственное с чем я не согласен, что хороший результат по совпадениям нагрузок. Хочется лучшего. Но учитывая отсутствие истинных данных по механике, то может и норм.

Интересно, а сила трения значительно ли повлияет на результат? Все же коэф-т трения до нуля не падает. Может 0,1 поставить и посмотреть?

Надеюсь, что вы, @Arteg , и дальше будите посещать этот форум.

[piden 2 874]

12 hours ago, Arteg said:

В виде графика F,Н / D,мм не нашел как вывести, поэтому табличка). 

Выделите мышкой свой Remote Displacement и через Ctrl - Force Reaction в Solution. Потом нажмите на панели кнопку Chart. Ниже раздела Solution появится объект Chart.

В свойствах выберите, что по X, что по Y показывать. 

 

Клево! Тоже жду геометрию, чтобы подбор свойств материала замутить)

[kolo666 253]

1 час назад, piden сказал:

Тоже жду геометрию, чтобы подбор свойств материала замутить)

слетелись коршуны)))

[s0ntrava 23]

14 часов назад, Arteg сказал:

Запас прочности. Пороговое значение 339 МПа.

Правым кликом на шкале напряжений - Independent Bands - Top, затем двойной клик на цифре под максимальным значением шкалы - ввести своё число или потянуть за разделитель между кубиками шкалы.

В этом случае наглядно отдельным от шкалы ярким сиреневеньким цветом показывается, где значения напряжений (работает для любой шкалы WB) выше произвольно заданного порогового (например, выше предела текучести). Этот фокус можно проделывать для любого значения шкалы.

 

И еще, когда показываете напряжения на всей модели, показ сетки лучше отключать, за сеткой не видно картинки.

Сетку можно показать на близких ракурсах, там она помогает понять конечную форму модели.