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

[ДОБРЯК 602]

11 часов назад, Jesse сказал:

В данном случае - с точки зрения упругости решать задачу.

Да пусть проектируют одноразовые страховочные балки. И одноразовые кронштейны для крепления одноразовых балок. Главное правильное выбрать кривую деформирования.

Чтобы все было в толерантных пределах...

Чем больше балок сломается тем больше будет заказов на новые балки...

Изменено 9 января 2021 пользователем ДОБРЯК

[Fedor 1 597]

Толерантность по нашему допуск  :) 

[ДОБРЯК 602]

1 час назад, Fedor сказал:

Толерантность по нашему допуск  :) 

А для серьезных расчетчиков считать дикую))) пластику и уточнять кривую для страховочной балки это просто чепуха.

Поиск новизны и актуальности...

Эта балка должна работать в линейной зоне. С большим запасом. 

И изобретать новые термины это тоже поиск новизны или плохой перевод.

[Fedor 1 597]

Теорию пластичности придумали в основном для технологий.  Штамповки и прочего. В конструкциях обычно  избегают. Если нужна большая гибкость то лучше использовать старую добрую идею рессоры . У меня внуки прыгали в веревочном парке с высоких сосен и там было какое-то устройство торможения чтобы не разбиться. Сначала полет и постепенное торможение. Говорили что что страшно было. Без мата не получалось прыгнуть :) 

[Борман 2 375]

16 минут назад, Fedor сказал:

какое-то устройство торможения

Видел видео, там торможение веревки (с падающим человеком) организовано как сматывание с конического барабана - с большого диаметра на маленький. ПРоще не придумать наверное.

[Jesse 960]

6 часов назад, Fedor сказал:

Толерантность по нашему допуск  :) 

во, кстати..@Fedor , через призму вашего огромного опыта в инженерии, в том числе работы со статистикой и вероятностями, работали ли вы с понятием "толерантные пределы"?)

[Борман 2 375]

34 минуты назад, Jesse сказал:

во, кстати..@Fedor , через призму вашего огромного опыта в инженерии, в том числе работы со статистикой и вероятностями, работали ли вы с понятием "толерантные пределы"?)

Не работал, но скажет что работал.

[Fedor 1 597]

Не скажу. С допусками и посадками как всякому инженеру доводилось. В последние годы при проектировании шахт для лифтов и приямков для эскалаторов :) 

Машиностроители в заданиях для строительных работ под их изделия обычно указывают допуски на места присоединения. 

[Fedor 1 597]

Все это для взаимозаменяемости придумали :) 

[frei 458]

проходя мимо, бросил: "А в ЛС-дайне сойдется? а в логосе?"

[Arteg 73]

Господа, ваши замечание про работу в пластике абсолютно уместны, да только вот речь идет о статических испытаниях для сертификации.

 

Еще раз: конструкция при эксплуатации будет воспринимать динамическую нагрузку.

На статическое нагружение она испытывается для сертификации, и по требованиям для испытаний она просто должна выдержать определенное значение статической нагрузки без разрушения. Без учета запаса прочности и величины пластических деформаций.

Подразумевается, что если конструкция выдерживает необходимую статическую нагрузку (17 кН), то с динамической, при падении человека, она точно справится. (Испытания на динамику, конечно же, тоже проводятся).

Иными словами, прохождение этого статического испытания уже говорит о том, что при реальной эксплуатации запас прочности конструкции достаточный.

 

Делать профиль, который и при испытаниях не будет до пластики доходить не выгодно + он будет мутантский, огромный и тд. Такие запасы ни к чему.

 

Поэтому мне и нужно смоделировать в Ansys это испытание с учетом пластики, чтобы найти наиболее оптимальный вариант конфигурации профиля и материала.

 

Подводя итог, правильно ли я понял, что для того, чтобы мой расчет трубы сошелся с экспериментом (и то и другом описано в шапке этой темы) необходимо:

1. Провести более корректный эксперимент: 

-более жесткие крепления на концах трубы;

-нагрузка жестким элементом, а не лентой.

2. В расчете более точно задать материал, с использованием мультилинейной модели.

 

Сетка, параметры расчета и прочие настройки заданы верно?

Изменено 10 января 2021 пользователем Arteg

[ДОБРЯК 602]

4 часа назад, Arteg сказал:

Делать профиль, который и при испытаниях не будет до пластики доходить не выгодно + он будет мутантский, огромный и тд. Такие запасы ни к чему.

Какие запасы нужны в упругой зоне? 

Вы даже конструкцию не можете показать. Это секретная разработка?

Как эта одноразовая палка крепится. Почему такая длина у этой палки? И ...

[ДОБРЯК 602]

30.12.2020 в 15:32, Arteg сказал:

Ход и Результаты эксперимента:

При нагрузке 15 кН был пройден предел текучести (согласно графику ниже).

В линейной зоне у вас совпадает эксперимент и расчет?

И 15 кН маленький запас?

[imt 59]

8 часов назад, Arteg сказал:

Подводя итог, правильно ли я понял, что для того, чтобы мой расчет трубы сошелся с экспериментом (и то и другом описано в шапке этой темы) необходимо:

1. Провести более корректный эксперимент: 

-более жесткие крепления на концах трубы;

-нагрузка жестким элементом, а не лентой.

2. В расчете более точно задать материал, с использованием мультилинейной модели.

 

Наверное, не так все-таки...

Из Ваших пояснений не совсем понятно, что Вы хотите сделать:

а) разработать новый профиль

б) использовать существующий

Всегда думал, что алюминиевый профиль прессуется через фильеру, а гнется... да, на матрице, наверное, так можно это назвать - матрица.

Если эксперимент нужен для определения механических свойств алюминиевого сплава, то надо делать 3-х точечный изгиб по ГОСТу: на трех стальных роликах. Если нет роликов, можно делать на прутках, мм 20 примерно. Желательно, чтобы прутки были закаленные, а не сырые.

Ролики/прутки просто учесть в расчете (с контактом), если надо получить хорошее совпадение с экспериментом.

Кем-то уже предлагался 4-х точечный изгиб, наверное, это лишнее - все равно согнется в районе опоры (ролика / прутка)

На роликах хорошо работает шелл-модель: проще и сойдется быстрее.

Итак с материалом мы определились

И новый профиль, если планируется прессовать его с помощью фильеры, будет работать в соответствии с расчетом.

[ДОБРЯК 602]

30.12.2020 в 15:32, Arteg сказал:

е) 

 

Это профиль в экспереминте

 

А это ваш профиль в файле x_t.

[imt 59]

Так. Теперь о секретной конструкции из нового профиля.

Не понятно, в реальной конструкции будет использован прямой профиль или он будет предварительно изогнут "на матрице"?

[ДОБРЯК 602]

30.12.2020 в 15:36, Arteg сказал:

Исправил)

Геометрия трубы и 46х46х3х450.x_t 23 \u041a\u0431 · 4 скачивания з расчёта

Этот профиль и эта балка держит тонну в линейной зоне для Д16

И масса балки палки 1.2 кг. Научитесь решать задачи в линейной зоне, а потом переходите к нелинейности. К технологическим задачам.

[imt 59]

13 минут назад, imt сказал:

Не понятно, в реальной конструкции будет использован прямой профиль или он будет предварительно изогнут "на матрице"?

 

Если деталь из профиля предварительно сильно гнется "на матрице", то в расчете конструкции надо будет учитывать пластическое упрочнение от технологической операции при изготовлении.

С таким практически никогда не сталкивался (возможно, не тем занимаюсь :). Как правило, все работает и без учета технологии

[Arteg 73]

6 часов назад, ДОБРЯК сказал:

Какие запасы нужны в упругой зоне? 

Как таковых значение запасов прочности не предъявляется. Просто конструкция должна пройти 2 вида испытаний. Если прошла - значит можно использовать и запаса прочности в ней достаточно. Какой этот запас численно никого не интересует особо...как-то так.

 

6 часов назад, ДОБРЯК сказал:

Вы даже конструкцию не можете показать. Это секретная разработка?

Как эта одноразовая палка крепится. Почему такая длина у этой палки? И ..

Проектируемая конструкция вот. Подробнее здесь: 

Однако сейчас надо хотя бы с трубой разобраться. К этой конструкции вернусь позже.

 

1 час назад, ДОБРЯК сказал:

Этот профиль и эта балка держит тонну в линейной зоне для Д16

И масса балки палки 1.2 кг. Научитесь решать задачи в линейной зоне, а потом переходите к нелинейности. К технологическим задачам.

Не совсем вас понял. По эксперименту эта труба выдержала ~15кН в линейной зоне. При этом труба из АД35Т1. О Д16 речи не идет, и в целом этот материал мне не подойдет.

2 часа назад, imt сказал:

Из Ваших пояснений не совсем понятно, что Вы хотите сделать:

а) разработать новый профиль

б) использовать существующий

Я разрабатываю новый профиль. С нуля.

Трубу разрывал и рассчитывал (предмет данной темы форума) чтобы утончить модель материала и параметры расчета, чтобы их же использовать для расчет проектируемого профиля, т.к. задача будет почти такая же.

2 часа назад, imt сказал:

Всегда думал, что алюминиевый профиль прессуется через фильеру, а гнется... да, на матрице, наверное, так можно это назвать - матрица.

Профиль получается путем экструзии на матрице (горячее прессование). Получают длинные прямые сегменты. После чего, уже готовый профиль гнут, с использованием специальной оснастки под этот профиль. 

То есть гнут его не при изготовлении, а уже готовый прямой сегмент.

[ДОБРЯК 602]

10 минут назад, Arteg сказал:

По эксперименту эта труба выдержала ~15кН в линейной зоне. При этом труба из АД35Т1.

Какое сечение у трубы выдержало 1.5 т? 

30.12.2020 в 15:32, Arteg сказал:

мм

 

Это квадратное сечение?