颈缩现象模拟剖析.ppt

颈缩现象的有限元模拟 主要内容 背景介绍 有限元模型的建立和加载 结果分析 总结 1.背景介绍 颈缩现象： 颈缩现象是弹塑性金属试件在单轴拉伸状态下常出现的局部法身明显收缩的力学现象。往往当颈缩现象出现后，试件所需拉力减小，应力—应变曲线相应呈现下降，最终导致试样在颈缩处断裂。 颈缩现象出现的条件 研究方法 前人在计算该类问题时，大多采用实验观察记录，提出假设和近似计算方法。 70年代后有人开始采用数值求解的方法来求解弹塑性大应变问题。为形成颈缩，往往通过在试样中部横向尺寸加一个微小收缩的方法。如McMeeking等人，通常采用差分法和三角形有限单元法。 本文采用ANSYS建立二维和三维带缺陷的拉伸模型，通过位移逐步加载方法得到最终的颈缩变形。 2.有限元模型的建立 2.1试样的尺寸 2.2试样的初始缺陷 在普通拉伸实验中，通常采用在试样中部施加一个微小划痕的方法以保证出线颈缩。 因此，本文也采用在试样中部横向尺寸添加一个微小收缩的方法，以实现划痕的仿真。 2.3材料的力学特性 本次分析采用采用Inconel718合金。材料弹性模量E=105811.5MPa，泊松比v=0.3，材料服从非线性等向强化规律： 其中 为塑性应变，k为刚发生塑性应变时材料单轴试样的应力，k、R0、 R ∞、b等均为材料常数。 NLISO模型参数为： k= 235 MPa ,R0 = 1 820 MPa R ∞ =75 MPa , b = 75 2.4模型的建立和网格划分 2.4.1二维网格模型： 单元： 平面四节点单元Plane182 选项设置： 轴对称分析 2.4.2三维网格模型： 单元： 空间八节点单元Solid185 2.5模型的加载 2.5.1二维模型的加载图： 2.5.2三维模型的加载图： 3. 结果分析 2.6.1二维模型结果分析 右图为模型变形图，可以看出颈缩区的形状，颈部曲线为双曲线。可以通过记录颈部节点位移的方式拟合。 2.6.2三维模型的结果分析 三维实体变形图： Von-Mises应力分布云图： 模型的Y方向位移图（最小截面大约只有原始截面尺 寸的20%左右） 3.结论 对普通拉伸试样的颈缩现象进行了有限元模拟。 得到了包括颈部形状、应力应变分布、位移荷载在内的一系列结果。 对不同缺陷试样的模拟，发现微小缺陷容易导致试样颈缩。 4.下一步工作 继续探讨缺陷与颈缩之间的关系。 给出精确的应力—时间曲线和颈缩区颈部曲线。 放大颈缩区的变形，进一步深入探索颈缩现象的本质。 与断裂等领域结合，模拟出拉伸试件完整的拉伸过程。 * * 姚迪、江亚男 力学与工程学院 指导老师：蔡力勋