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

[karachun 2 038]

20 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Золотые слова.

Ну мне в личке автор разоткровенничался что ему нужно чтобы его балка работала именно в зоне пластики, по крайней мере он так считает.

Но я в личке не подаю, так что давайте дождемся пока он выложит подробности на форум и тогда будем все вместе, хором, его убеждать что он сам придумал себе головную боль.

Ну а если не выложит то и не надо.

[ДОБРЯК 602]

6 минут назад, karachun сказал:

Ну мне в личке автор разоткровенничался что ему нужно чтобы его балка работала именно в зоне пластики, по крайней мере он так считает.

Но я в личке не подаю, так что давайте дождемся пока он выложит подробности на форум и тогда будем все вместе, хором, его убеждать что он сам придумал себе головную боль.

А зачем его в чем-то убеждать. Вы ему сказали. Если он не понял, то когда рухнет реальная конструкция тогда поймет. Он расчетчетчик, он несет ответственность за работоспоспособность конструкций которые считает.

[karachun 2 038]

3 минуты назад, ДОБРЯК сказал:

Вы ему сказали.

Я ему не говорил. Я же не подаю в личке.

[Jesse 958]

9 часов назад, DrWatson сказал:

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

уфф, в универе много чему учат. Но если какое-то полученное там знание не используется в работе, то оно, как правило, улетучивается. Тем более если это какое-то нефундаментальное и малоинтрересное знание (для кого как).
Для Вас же как и @pidenнамного важнее к словечку прицепиться, придраться, подразнить.. Хотя тем же оружием @pidenа  тыкнешь, то он вдруг начинает скулить как побитый пёс

"Много ли вы, Граф, знаете господ, достойных быть цирюльниками?"

Изменено 7 января 2021 пользователем Jesse

[DrWatson 128]

4 минуты назад, Jesse сказал:

уфф, в универе много чему учат. Но если какое-то полученное там знание не используется в работе, то оно, как правило, улетучивается. Тем более если это какое-то нефундаментальное и малоинтрересное знание (для кого как).
Для Вас же как и @pidenнамного важнее к словечку прицепиться, придраться, подразнить.. Хотя тем же оружием @pidenа  тыкнешь, то он вдруг начинает скулить как побитый пёс

Друг, ну будь немного проще)))) С такой серьезностью можно стать нудным уже на 3 десятке лет))

Можно на ты кстати, и без больших букв ;)

[Fedor 1 597]

Для эксперимента лучше обеспечить шарниры по концам. И нагружать симметричной парой чтобы была значительная область с одним моментом. И слегка в центре подгрузить, чтобы в центре было незначительное повышение момента. Я бы сделал на несколько процентов превышение.  Тогда все будет определено и не будет потери устойчивости в области разрушения. 

[ДОБРЯК 602]

53 минуты назад, Fedor сказал:

Для эксперимента лучше обеспечить шарниры по концам. И нагружать симметричной парой

Надо понять зачем нужен такой физический и численный эксперимент. 

А уже потом обсуждать граничные условия и результаты.

[Arteg 73]

13 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Надо понять зачем нужен такой физический и численный эксперимент. 

А уже потом обсуждать граничные условия и результаты.

Излагаю полную задачу:

 

Я разрабатываю алюминиевый профиль (моя первая тема на форуме). Профиль, как известно, вытягивается на матрице, а матрица - вещь достаточно дорогая. Поэтому мне необходимо "попасть" по прочности (по конфигурации профиля и материалу) с первого раза, т.к. возможности заказать вторую матрицу - нет.

 

Алюминиевый профиль в эксплуатации будет воспринимать разовую динамическую нагрузку, то есть система одноразовая. Соответственно, здесь главное, чтобы профиль не порвался. Пластические деформации возможны, они допускаются.

 

При сертификации таких систем проводят 2 вида испытаний: динамические (сброс груза, пристегнутого к профилю) и статические (нагружения сегмента профиля определенной длины статической нагрзукой, которую профиль должен выдержать без разрушения, то есть до пластики дело как раз доходит.)

 

Таким образом, в Ansys я хочу максимально близко к реальности смоделировать статическое испытания профиля, чтобы убедиться, что спроектированная конфигурация профиля из выбранного материала выдерживает нагрузку, с учетом минимизации габаритов самого профиля (чтобы он не был слишком толстым или большим).

На алюминиевый сплав также накладываются некоторые ограничения - он не должен быть слишком жестким, т.к. некоторые сегменты профиля будут гнуть.

 

В качестве основного кандидата по материалу как раз рассматривается сплав АД35Т1, но достоверность моих расчетов профиля в Ansys я подтвердить не могу никак - мало опыта в Ansys, а реальный эксперимент невозможен. 

НО в наличии была квадратная труба из нужного сплава. Соответственно, если расчет этой трубы в Ansys сойдется с экспериментом на разрыв этой трубы, это будет означать, что модель материала и параметры расчет заданы верно. Это, в свою очередь, позволит с гораздой большей достоверностью смоделировать статические испытания проектируемого профиля.

 

После конца праздников я повторю эксперимент, более жестко закрепив трубу на концах. Крепления останутся те же, просто вобью стальные пластины в зазоры между внешней и испытываемой трубой. Нагружать будут чем-то очень жестким, не лентой.

Таким образом, получу более простой и однозначный эксперимент, и перемещение D,мм.

[ДОБРЯК 602]

16 минут назад, Arteg сказал:

Алюминиевый профиль в эксплуатации будет воспринимать разовую динамическую нагрузку, то есть система одноразовая.

Опишите задачу в эксплуатации. Тогда вам подскажут как закреплять и как нагружать.

Опишите эту одноразовую конструкцию. 

20 минут назад, Arteg сказал:

Крепления останутся те же, просто вобью стальные пластины в зазоры между внешней и испытываемой трубой.

И тогда будет понятно надо ли вбивать стальные пластины в зазоры и делать еще эксперименты.

[Fedor 1 597]

Опыт туристов по изготовлению байдарок пришел к Д16 и Д16т для обеспечения легкости и прочности ... :) 

[karachun 2 038]

1 час назад, Arteg сказал:

которую профиль должен выдержать без разрушения, то есть до пластики дело как раз доходит.)

Но из этого не значит что профиль должен войти в пластику. Если заместо этой трубы поставить стальной, 80х80х4 то ваше же условие тоже будет выполнено.

Смотрите, давайте прикинем на пальцах. Пускай нам нужно чуть-чуть пластики, пусть напряжение будет 270 МПа. Но предел прочности 310 МПа. Грубо говоря получается запас 310/270~1.15.

С таким запасом даже в авиации ничего не проектируют. А вы хотите к такой трубе живого человека привязать.

 

Я думаю что вы неверно истолковали требования. Ваша задача - обеспечить прочность конструкции. Делать демпфирование за счет пластики это очень плохая идея. это по сути демпфирование за счет безопасности. Балка может сильно изогнуться и выскочить из креплений. Человек может оказаться толстым, и с поясом для инструментов и еще с кувалдой в руках и тогда он вам все оборвет.

 

Я бы для такой задачи выбрал профиль потолще, как минимум с трехкратным запасом по расчету в динамике. Без пластики.

Вот, Федор, может подсказать книгу по которой можно будет посчитать коэффициент динамичности.

 

2 часа назад, Arteg сказал:

с учетом минимизации габаритов самого профиля (чтобы он не был слишком толстым или большим)

Так это же одноразовая деталь. При чем люди срываются с большой высоты не по семь раз на дню. Это прямо событие. Плюс, если сделать профиль потолще то он станет многоразовым и тогда получится огромная экономия.

 

А что касается амортизации - можно же добиться ее и другими методами. За счет того что сами веревки немного растягиваются или за счет какого-то специального устройства, на которое есть свой паспорт и которое уже не является вашей головной болью. Ну или просто нацепить на рабочего не один только ремень а альпинистскую сбрую, которая охватывает и плечи и грудь и живот и пах. В такой шлейке человек себе уже позвоночник не сломает.

 

Вообще сейчас получается что труба спокойно держит тонну, с запасом. Я не знаю - наберется ли в реальности тонна, при падении человека. Так что может все это и не нужно.

[Fedor 1 597]

Цитата

Я думаю что вы неверно истолковали требования. Ваша задача - обеспечить прочность конструкции. Делать демпфирование за счет пластики это очень плохая идея. это по сути демпфирование за счет безопасности

По сравнению с веревкой  оно будет никаким.  Ну а оценить нагрузку можно по справочнику :) 

 

Цитата

Динамические веревки обладают большой эластичностью. Степень их удлинения составляет от 4,5 до 8%  при прочности на разрыв более 2000 кГс. Область их применения – динамическая страховка.

Статические веревки более жесткие. Степень удлинения - от 1,5 до 2,5% при прочности на разрыв более 2500 кГс.

 

Сделайте на 3 тонны не меньше и все дела ... 

[DrWatson 128]

8 часов назад, karachun сказал:

Вообще сейчас получается что труба спокойно держит тонну, с запасом. Я не знаю - наберется ли в реальности тонна, при падении человека. Так что может все это и не нужно.

Недавно считал как раз алюминиевую конструкцию, платформу для обслуживания. 

Один из лоадкейсов был как раз падение человека. Супер консервативно, по нормам заказчика, сила была более 10 000 Н. Как раз была дикая пластика, но в пределах, то есть критический предел превышен не был. 

Выкрутился тем, что прочность обеспечена, а конструкция после падения человека (этож инцидент серьезнейший, как-никак) должна быть инспектирована соответствующим департаментом.

Кстати, по-правильному, стропы, которыми крепится человек, после падения сразу использовать нельзя. Их инспектируют, и потом дают разрешение можно дальше использовать или уже нет.

[Arteg 73]

11 часов назад, Fedor сказал:

Опыт туристов по изготовлению байдарок пришел к Д16 и Д16т для обеспечения легкости и прочности ... :) 

Да смотрел его Д16, но не подошел) Он слишком жесткий и почти не гнется. Радиусом в 300 мм его не согнуть.

[ДОБРЯК 602]

1 час назад, DrWatson сказал:

Недавно считал как раз алюминиевую конструкцию, платформу для обслуживания. 

Один из лоадкейсов был как раз падение человека. Супер консервативно, по нормам заказчика, сила была более 10 000 Н. Как раз была дикая пластика, но в пределах, то есть критический предел превышен не был. 

Значит в величину силы был заложен запас. Вы тоже не можете конструкцию показать?

С какой высоты летит и ...? На человеке) живого места не останется от такой нагрузки.

Это же очередной баян. 

[DrWatson 128]

5 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Значит в величину силы был заложен запас. Вы тоже не можете конструкцию показать?

С какой высоты летит и ...? На человеке) живого места не останется от такой нагрузки.

Это же очередной баян. 

Увы, нет. Перед каждым проектом я подписываю NDA. Но конструкция довольно типовая, похожая на ту, в которых работают мойщики окон. 

Длина веревки небольшая, ну до 3 метров точно. Вы наверняка не занимались альпинизмом и не представляете как срываются со страховочных приспособлений, тех же шлямбуров или закладок. Высота падения может быть больше 3 м. И ничего, продолжают лезть вверх. За этим можно понаблюдать даже в скалолазных центрах где лазают на сложность.  

[ДОБРЯК 602]

3 минуты назад, DrWatson сказал:

Вы наверняка не занимались альпинизмом и не представляете как срываются со страховочных приспособлений, тех же шлямбуров или закладок. Высота падения может быть больше 3 м.

Я занимался водным туризмом. И в байдарках и на катамаранах материал был Д16.

Конструкция для мойщиков окон это секретная конструкция. Государственная тайна. 

И какая форма допуска?

Если мойщик окон пролетит 3 м то нагрузка на вбитый крюк  10 000 Н...

2 часа назад, DrWatson сказал:

Как раз была дикая пластика

И сразу дикая) пластика. А мойщик встал и пошел?

[Jesse 958]

4 часа назад, DrWatson сказал:

Супер консервативно, по нормам заказчика, сила была более 10 000 Н. Как раз была дикая пластика,

как-то противоречиво звучит..))

[piden 2 874]

1 hour ago, Jesse said:

как-то противоречиво звучит..))

Супер консервативно - это про то, что заказчик силу, возникающую при падении чела, завысил до 10 кН, чтобы уж наверняка. Приложили такую силу - получили дикую пластику. Где противоречия?

 

Конечно, когда не понимаешь, о чем речь идет, то в противоречиях и утонуть можно...

[Jesse 958]

4 часа назад, piden сказал:

Супер консервативно - это про то, что заказчик силу, возникающую при падении чела, завысил до 10 кН, чтобы уж наверняка. Приложили такую силу - получили дикую пластику. Где противоречия?

 

Конечно, когда не понимаешь, о чем речь идет, то в противоречиях и утонуть можно...

это всмысле сильно в запас. 
а ещё бывает смысл, что будет использован более простой, надёжный и утрированный подход к решению задачи. В данном случае - с точки зрения упругости решать задачу. Как правило, это приводит опять таки к решению с огромными запасами. но не всегда.

"Хорошие клоуны смешат молча." Эрнест Хемингуэй......