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

[imt 59]

23 часа назад, karachun сказал:

А что касается вашей задачи то попробуйте еще раз задать себе вопрос - а зачем вам вообще нужно добиваться совпадения с экспериментом в зоне развитой пластики?

Есть отраслевые ОСТы (автомобилестроение, оборонка), где нужно это совпадение. 

23 часа назад, DrWatson сказал:

Чет кажется, речь идет про уравнение Рамберга - Осгуда (Ramberg-Osgood). 

Не имея экспериментальных данных про участок пластичности, можно описать этим уравнением.

Такие буквы слышал :), но имел в виду true stress-strain.

Хорошее совпадение расчета и эксперимента получается, если вместо билинейной аппроксимации взять кусочно-линейную. 

[karachun 2 038]

@imt Значит для этого придется приложить дополнительные усилия. Сделать нормальный, простой и хорошо повторяемый, эксперимент и испытать сам материал трубы и иметь на руках кривую растяжения-деформации.

[imt 59]

На форуме есть на это темы.

Из литературы тоже была ссылка на 

в ней хорошо описан способ аппроксимации кривой:

Алюминиевые сплавы, судя по всему, тоже хорошо с ней работают:

 

И таки да...

Не очень понял,  для простой трубы солиды в расчете - это тоже цель эксперимента?

[karachun 2 038]

@imt Интересно. Спасибо за наводку. Может и мне тоже она пригодится.

Но здесь проблема в том что пока даже пределы текучести и прочности неизвестны. Т.е. есть какие-то табличные данные но насколько они соответствуют реальности. Свойства ведь зависят от способа изготовления, от толщины проката. Если нужна высокая точность то сперва придется поразрывать несколько образцов из трубы. Может даже на этой же установке это удастся сделать чтобы знать порядок цифр.

[imt 59]

Почему неизвестны?

Материал-то вроде ГОСТовский.

Раньше этого было достаточно, чтобы уложиться в 3% погрешности по деформациям между экспериментом и расчетом.

Как сейчас - не знаю.

В эксперимент не вникал, не понял, почему так сложно.

Обычно делают простой 3-х точечный изгиб.

[karachun 2 038]

@imt Так вон, выше, приводили пример когда у похожего сплава предел прочности отличался от типичного значения на 70-100 МПа. Предел текучести тоже может гулять. При таком раскладе 3% разницы в пластике не получится.

Изменено 6 января 2021 пользователем karachun

[imt 59]

16 минут назад, karachun сказал:

При таком раскладе 3% разницы в пластике не получится.

 

Ну, как-так. Всегда получалось, а тут не получится.

Надо просто все сделать чистенько, по ГОСТу. Это же стандартная процедура...

А тут закрепление - труба в трубе, нагрузка - тянут лентой.

Тогда и в расчете делайте так же. И все получится.

[karachun 2 038]

2 минуты назад, imt сказал:

Надо просто все сделать чистенько, по ГОСТу. Это же стандартная процедура...

А тут закрепление - труба в трубе, нагрузка - тянут лентой.

Тогда и в расчете делайте так же. И все получится.

Ну так и я об этом.

[imt 59]

Согласен.

Еще про размеры забыл. В расчете наверное номинальные размеры сечения?

Надо до 0.1 хотя бы...

[imt 59]

Насчет АД35Т1 ГОСТ 8617-18. Насколько помню это ГОСТ именно на профиль (не материал).

Не так давно работали по алюминиевым профилям с Самарским МЗ.

На вопрос: "Как получаются цифры по прочности?"

Ответ: "Вырезается из готового профиля кусок и испытывается на растяжение. Указываются минимальные из полученных значений. Среднее значение минимум на 15% выше".  

[Jesse 966]

14 часов назад, karachun сказал:

Вообще читал, в одной умной книжке, что для сталей пределы текучести и прочности указанны с (сейчас могу произнести сам термин неправильно) обеспеченностью в 95%. Т.е. после испытаний множества образцов результаты распределяются по Гауссу. И из всей массы у 5% результат будет хуже а у 95% - лучше.

кривые Вёлера тоже так делают видимо..
вот в этом видео с 4-й минуты
https://www.youtube.com/watch?v=o-6V_JoRX1g

То бишь мораль в том, чтобы смещать S-S или S-N кривые на соотв-е значение сигма (среднеквадр. откл.) таким образом, чтоб табличное гостовское значение давало минимальную вероятность разрушения. 

14 часов назад, Graf Kim сказал:

Это и называется толерантными пределами

какой-то новый термин. Случайно не про это дело?

[imt 59]

Еще раз посмотрел картинки автора, у него по толщине три солида.

Вспомнилось...

Как то очень-очень давно на одном секретном заводе для изучения свойств материала делали 3-х точечный изгиб пластины vs эксперимент. Долго мучились...

Все оказалось очень просто. В расчете у пластины было нечетное число солидов по толщине. Все уходило в пластику кроме среднего слоя. После того, как сделали четное число солидов, все сошлось.

Конечно, у WB Midnodes ->Programm Controlled (как правило On), но лучше прибить жестко On, на всякий случай.

[Graf Kim 217]

7 часов назад, Jesse сказал:

какой-то новый термин. Случайно не про это дело?

Шутки за 300 подвезли? Я, признаться, удивлён, что после стольких лет в прочности для вас этот термин новый. 

[Jesse 966]

52 минуты назад, Graf Kim сказал:

Шутки за 300 подвезли? Я, признаться, удивлён, что после стольких лет в прочности для вас этот термин новый. 

ну хз.. не встречалось как-то в инженерии.
В англоязычной википедии даже статейка есть
https://en.wikipedia.org/wiki/Tolerance_interval
термин из статистики и вероятности, т.е. не имеет прямого отношения к прочноси.. А инженерные 'tolerance' - это как у нас допуска и посадки...

Изменено 6 января 2021 пользователем Jesse

[DrWatson 128]

2 курс, теорвер, доверительный и толерантный интервалы учат вроде сразу.

Изменено 7 января 2021 пользователем DrWatson

[piden 2 874]

11 hours ago, Graf Kim said:

Я, признаться, удивлён, что после стольких лет в прочности для вас этот термин новый. 

А я, признаться, не удивлён.. Вот вообще прям

[DrWatson 128]

2 минуты назад, piden сказал:

А я, признаться, не удивлён.. Вот вообще прям

Неделю ты просматривал тему, терпел и не писал ничего.

Но всеж сорвался и не смог промолчать 

[piden 2 874]

Just now, DrWatson said:

Неделю ты просматривал тему, терпел и не писал ничего.

Неделю назад отпуск был - так что писать времени не было 

Но теперь прокрастинация возьмет свое... 

[Артем Захаров 0]

Расчётное сопротивление подозрительно большое, на вскидку оно должно быть около 200 МПа. Проверьте данные по временному сопротивлению разрыву и пределу текучести для данного сплава. В СП 128 есть формулы для определения расчётного сопротивления сплавов, которых нет в таблице. 

[ДОБРЯК 606]

05.01.2021 в 15:13, karachun сказал:

А что касается вашей задачи то попробуйте еще раз задать себе вопрос - а зачем вам вообще нужно добиваться совпадения с экспериментом в зоне развитой пластики? Разве ваши конструкции будут в ней работать?

Золотые слова.