【iSolver案例分享70】标准规定带预制裂纹的三点弯曲试样的静力学分析

1.引言：

iSolver为一个完全自主的面向工程应用的通用结构有限元软件，对标Nastran、Ansys、Abaqus设计和实现，具备结构有限元常用分析类型和单元、材料、载荷等基础算法组件，精度和Abaqus一致。本文以两种国标规定拉伸试样的非线性瞬态分析为例，演示iSolver的分析流程，并将iSolver和Abaqus计算结果进行对比。

2.模型背景：

此案例为冶金工业部标准规定的三点弯曲试样的非线性瞬态分析。对于不同材料，如果想测定其弯曲力学性能，需要对其根据YB/T 5349-2006进行制样，用于之后的三点弯曲试验，之后根据测得的数据，通过公式计算弯曲弹性模量、抗弯强度、断裂挠度等结果。YB/T 5349-2006规定了圆形横截面、矩形横截面、薄板三种不同形式的三点弯曲试样。

为了测量和验证金属材料的弯曲强度与断裂韧性之间的关系，需要制作包含初始裂纹的三点弯曲试样。选取矩形横截面试样在isolver中建模，分析其在塑性变形的情况下，软件应力、应变、塑性应变等关键参数与主流有限元软件的吻合度。该结构选用的单位制为SI(mm)制，结构材料为Q235B，其弹性模量为210e3MPa，泊松比为0.33，密度为7.85e-9tonne/mm3。采用全实体四面体网格进行划分。

3.建模：

进入isolver软件前处理界面：

首先创建part，点击part，之后点击create，建立一个名字为3bp的part。

再来建立点，点击node，之后点击create，出现如下所示页面。

依次以输入节点坐标、点击apply的循环方式完成(0,0,0)、(10,0,0)、(10,2,0)、(0,2,0)、(5,1.8,0)、(4.9,2,0)、(5.1,2,0)节点的建立，建立之后的页面如下：

接下来需要把点连接成闭合线，点击element，之后点击polyline，出现多段线建立页面，依次点击节点建立多段线。

接下来需要将多端线围成的面建立出来，选择edit，之后选择polygon mesh，再框选所有闭合线，并将网格尺寸大小选择为0.2mm，建立闭合面网格。

由于裂纹尖端的应力集中现象是我们重点观察的区域，所以需要划分更多的网格，点击mesh refine，再点击mesh refine。这里根据节点来细分网格，点击node，再在division中将维度设置为3，框选裂纹尖端节点细分网格。

接着将做好的面网格拉伸为体网格，在element中点击extrude，在type中选择planar element to solid，将面网格拉伸为体网格，参数选择为每层0.2mm，拉伸5层的方式进行拉伸。

由于平移实例暂时不支持，所以需要在一个part中建立出所有的零件。接着建立三点弯曲试验机的压头模型。

点击node，之后点击translate，选择图示节点，复制移动至y轴正方向0.5mm位置。

再点击element，之后点击polyline建立如图所示多段线。

之后点击element，再点击revolve，选择旋转360°，分20个网格的参数进行旋转建立单元。

需要旋转的边选择如图所示，轴上两个单元选择如图所示。

旋转得到的单元如图所示。

同理将对侧边也进行旋转建立单元，裂纹上侧节点也进行平移，并且建立polyline，再进行旋转建立单元。结果如图所示。

将远离三点弯曲试样一侧的180°单元进行删除，选择element，再选择delete，之后选择对应单元进行删除，删除后如图所示。

接着将压头单元拉伸为实体，选择element，再选择extrude，选中压头单元，在type中选择planar element to solid，将面网格拉伸为体网格，参数选择为每层0.2mm，拉伸5层的方式进行拉伸。

接下来需要删除多余单元，在过程中建立的多余单元有多段线的1D单元和将面拉伸成体用的2D单元。需要对这两类单元进行删除。选择element，再选择delete，再在网格筛选器中选择2D elem，再框选所有单元进行删除，同理选择1D单元进行删除。

  

删除之后的模型如图所示。

之后设置金属材料属性，材料属性需要输入密度、泊松比、模量、塑性应力应变曲线如下：

之后再设置截面属性为固态均质，材料设置为steel。

再建立set，由于所有单元均为steel且为实体单元，所以将所有单元设置为一个set。

再给所有单元赋截面属性，如图所示。

再在装配中建立实例，组装模型。

再建立静态分析步，如图所示。

再给下侧压头固定约束，给上侧压头1000N集中力载荷。

 完成之后提交job进行求解。

4.结果对比

Isolver中位移结果如下所示。

Abaqus中位移结果如下所示。

由以上结果云图分析可知，iSolver和abaqus两个求解器对同一模型分析的结果同一性较好，三点弯曲试样位移结果对应完全一致。