Ansys 案例研究 | 铜线扭转仿真中的塑性效应

概述本仿真通过一个直观的案例阐释了金属塑性的概念将四根铜线扭绞在一起形成一根更粗的导线。塑性变形是这些铜线能够相互结合为一体的关键。目标学习金属塑性的一种工程应用。步骤带塑性的铜线仿真设置1、打开 ANSYS Workbench创建一个 “静态结构Static Structural” 分析系统。2、定义材料从 Engineering Data 的 “通用材料库” 中添加铜材料添加双线性各向同性硬化模型以定义塑性设置屈服强度为 33MPa切线模量为 100MPa。3、导入几何模型图 1。图1 铜线的几何模型4、为零件分配材料并定义接触。在所有铜线之间定义无摩擦接触。选择铜线右端的顶点创建一个转动副Revolute Joint该转动副仅允许绕Z轴旋转见图1。5、划分网格。设置全局网格尺寸为2mm对铜线进行网格划分。6、定义分析设置与边界条件。设置3个时长为1秒的分析步第1步加载过程第2步卸载过程第3步无载荷状态使线材可自由变形。全程固定线材左端在第一步向接头施加 21N・mm 的力矩第二步将力矩逐渐降至 0第三步彻底移除该载荷。7、运行仿真。总变形的等值线图如图 2 所示。线材在加载过程中产生塑性变形在第 2 步和第 3 步中形状不再变化。塑性应变的等值线图如图 3 所示。a. 加载峰值状态下线材的变形形状b. 载荷移除后线材的变形形状图2. 不同时刻的总变形等值线图考虑塑性图3. 塑性应变x分量的等值线图无塑性变形的铜线8、运行无塑性变形工况。在Workbench中复制分析系统移除材料属性中的塑性模型并重新运行仿真。由于纯弹性行为会产生更高的应力使线材旋转360度需要1032N·mm的力矩。无塑性变形时线材表现出完全不同的行为一旦移除力矩线材会恢复原始形状图4。a. 加载峰值状态下的线材变形形状b. 载荷移除后线材的变形形状图4. 不同时刻的总变形等值线图无塑性变形总结本案例通过铜线扭转仿真阐释了金属塑性的概念以及考虑塑性因素对于精确预测材料力学行为的重要性。