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

[Arteg 73]

13 часов назад, kolo666 сказал:

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

 

2 часа назад, piden сказал:

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

 

 Геометрия подана!

 

Жду результатов Ваших расчетов и Ваши свойства материала)

 

3х точечный изгиб.x_t

4 часа назад, AlexArt сказал:

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

Засмущали прям)

Обязательно буду! В ближайшее время, как минимум вернусь к задаче с профилем и кронштейнами + туда еще каретка добавится) Так что науке - быть!

[piden 2 874]

20 minutes ago, Arteg said:

Геометрия подана!

Благодарим)

 

А есть кривая из испытаний в табличном виде (Excel или .txt), чтобы не снимать точки с бумаги?

[Arteg 73]

1 минуту назад, piden сказал:

А есть кривая из испытаний в табличном виде (Excel или .txt), чтобы не снимать точки с бумаги?

Увы, только бумажный график F/D.

Могу разве что сфоткать в более лучшем качестве и ближе.

[Arteg 73]

Тем временем запустил расчет с билинейной моделью материала.

Tangent Modulus = 916 МПа (до этого считал).

 

Сейчас еще посчитал по Еврокоду, что скинул @karachun, там получается 1815 МПа...

Видимо буду делать еще один расчет)

[kolo666 253]

1 час назад, piden сказал:

А есть кривая из испытаний в табличном виде (Excel или .txt), чтобы не снимать точки с бумаги?

в сети вроде есть какой-то конвертер по фоткам.

[piden 2 874]

16 hours ago, Arteg said:

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. 

А сколько в расчете получилось при 17 или 18мм? Т.е. там, где на графике испытаний пик приходится? А то по вашему скрину не видно..

Лучше всю таблицу из Reaction Force скопируйте сюда.

14 minutes ago, kolo666 said:

в сети вроде есть какой-то конвертер по фоткам.

Я этот использую. Но отчет по испытанию там вроде на компе сделан, так что должна была быть raw data.

[Arteg 73]

Только что, piden сказал:

Лучше всю таблицу из Reaction Force скопируйте сюда.

Сейчас запущенный расчет закончит и скину

[piden 2 874]

@Arteg , у меня с вашими свойствами материала, абсолютно жесткими роликами и более грубой сеткой получился такой график:

 

 

Видно, что пиковые значения близки к экспериментальным, но положения пика не соответствует эксперименту. Возможно, чтобы точно попасть в эксперимент, придется смоделить всю оснастку, так как ее жесткость сопоставима с жесткостью вашего профиля.

 

Можно попросить модель оснастки? (двутавр с приваренными поддержками)

 

 

UPD: уупс, у себя ошибся с модулем Юнга..

Пересчитываю)

 

 

Изменено 20 января 2021 пользователем piden

[piden 2 874]

данные:

Spoiler

time[s]	disp[mm]	force[N]
5.e-003	0.15	1.0397e-003
6.e-003	0.18	1.2579e-003
7.e-003	0.21	1.478e-003
8.5e-003	0.255	1.8122e-003
1.075e-002	0.3225	2.3242e-003
1.4125e-002	0.42375	3.1219e-003
1.9187e-002	0.57563	4.4001e-003
2.6781e-002	0.80344	44.669
3.4375e-002	1.0313	95.477
4.5766e-002	1.373	171.68
6.2852e-002	1.8855	285.87
8.848e-002	2.6544	456.86
0.12692	3.8077	712.68
0.17692	5.3077	1048.1
0.22692	6.8077	1382.8
0.27692	8.3205	1709.1
0.32692	9.8519	2000.2
0.37692	11.403	2241.6
0.42692	12.978	2398.1
0.47692	14.599	2469.4
0.52692	16.301	2488.5
0.57692	18.001	2479.2
0.62692	19.702	2476.9
0.67692	21.41	2464.6
0.72692	23.098	2438.2
0.77692	24.79	2413.9
0.82692	26.463	2370.5
0.87692	28.121	2339.3
0.92692	29.76	2308.3
0.97692	31.382	2285.8
1.	32.136	2277.9

 

 

[karachun 2 038]

1 час назад, kolo666 сказал:

в сети вроде есть какой-то конвертер по фоткам.

https://apps.automeris.io/wpd/

Замечательная штука.

[Arteg 73]

1 час назад, piden сказал:

Лучше всю таблицу из Reaction Force скопируйте сюда.

 

Chart получилось вывести только такой( Он зеркальный, и вместо значений силы нормализованные значения...

@piden Вы свой график в Ansys сделали?

Значение силы на 18 мм = 2508

В пересчете ~ 10 кН

В эксперименте 10.7 кН

Так что все в порядке)

[piden 2 874]

21 minutes ago, Arteg said:

Вы свой график в Ansys сделали?

Да.

Вам придется создать новую систему координат (далее СК), где ось Y, к примеру, направлена вниз. Запросить результаты Directional Deformation, выбрать там "по Y" и свою новую СК. В Force Reaction вместо all выбрать тоже Y - и снова свою СК. Потом выделить объекты Directional Deformation и Force Reaction - и нажать Chart. Там в настройках выставить по X - max Directional Deformation, остальные все кривые отключить, кроме Reaction Force Y. 

 

23 minutes ago, karachun said:

Замечательная штука.

 

Spoiler

 

 

raw data:

Spoiler

D[mm]	F[N]
0.12	10.71
0.7	339.3
1.15	680.32
1.72	1056.26
2.41	1401.79
3.43	1754.54
4.4	2116.97
5.06	2413.52
5.69	2768.23
6.14	3175.32
6.51	3550.34
7.02	3953.11
7.5	4358.32
7.93	4722.13
8.33	5115.45
8.86	5537.21
9.22	5875.37
9.67	6276.79
10.22	6746.53
10.69	7146.11
11.12	7504.1
11.63	7926.16
12.16	8264.47
12.66	8654.94
13.22	9026.22
13.83	9394.77
14.53	9776.15
15.41	10092.57
17.12	10495.59
19.5	10660.6
21.89	10605.51
24.26	10419.56
26.64	10272.66
29.02	10095.33
31.17	9885.42
33.18	9721.84

 

 

 

 

 

 

 

WB vs Exp:

 

 

В ансисе начальный горизонтальный участок - penetration в контакте.

Подозрение, что первый изгиб на экспериментальном графике - из-за жесткости оснастки.

@Arteg , просьба выложить модель оснастки (двутавр с приваренными поддержками) снова в силе)

Изменено 20 января 2021 пользователем piden

[Arteg 73]

5 минут назад, piden сказал:

просьба выложить модель оснастки (двутавр с приваренными поддержками) снова в силе)

Да не успел ответить)

Сделаю сегодня или завтра. Надо будет образмерить все это дело и отрисовать

[piden 2 874]

19 minutes ago, Arteg said:

 Вы свой график в Ansys сделали?

У себя в Chart сделайте:

Input Quantities

Time = Omit

и тоже все симпатично будет

[Arteg 73]

@piden а Вы материал как задавали? По тем же точкам, что скинул я? 

[piden 2 874]

2 minutes ago, Arteg said:

По тем же точкам, что скинул я? 

Да

И в экселевском графике выше у меня тоже ошибка: нужно было выбрать перемещения по Y только давящего ролика, а не максимальные в модели.

Вот исправленный:

 

[Arteg 73]

Расчет с билинейной аппроксимацией завершился.

Tangent modulus = 916 МПа.

Сила на 30 мм получилась 2122 Н.

Погрешность ~ 13%.....в 2 раза больше чем при мультилинейной аппроксимации.

 

Расчет с Tangent modulus = 1815 МПа, если считать по Еврокоду поставлю в ночь наверное) 

[piden 2 874]

10 minutes ago, Arteg said:

Погрешность ~ 13%...

Вам выше правильно советовали физический эксперимент провести несколько раз. Нужно еще оценить его повторяемость)

[Arteg 73]

10 минут назад, piden сказал:

Вам выше правильно советовали физический эксперимент провести несколько раз. Нужно еще оценить его повторяемость)

Полностью согласен!

Но боюсь еще трубу не выделят) 

Оснастка.SLDPRT

59 минут назад, piden сказал:

просьба выложить модель оснастки (двутавр с приваренными поддержками) снова в силе)

Так норм, или x_t нужен?

Оснастка.x_t

А впрочем, чего мелочится

[Graf Kim 217]

Возвращаюсь я такой, а тут уже всё сделали.

 

22 часа назад, Arteg сказал:

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

Как понимаю, уже не актуально? @piden уже всё разъяснил.

 

Пусть я к шапошному разбору, но всё-же обещанное выложу.

Вот кривые для нескольких образцов из 6082T6: 6082.xlsx

Ещё для нескольких есть только в виде рисунков:

 

Скрытый текст

 

 

А вот к слову о разбросе характеристик. Данные по соотношению пределов прочности и текучести для образцов из поковок вырезанных в разных направлениях: