含切口板材单轴拉伸模拟

一、问题描述

对下图所示形状的板材进行单轴拉伸，位移控制，拉伸速率 0.005mm/s，最终应变 1%，分析切口尺寸、形状、网格密度对局部应力应变分布的影响。

二、建模步骤

1. 创建部件

图1 创建二维平面图

图2 作出深度为0.1的V型切口

图3 指定深度为0.70mm

图4 工件（含切口）三维图

图5 V型切口

图6 创建材料Material-1 设置杨氏模量为90GPa，泊松比为0.3

图7 设置材料的塑性，屈服应力和塑性应变如上图所示

图 8创建截面属性

图9 指派截面属性

图10 指派截面属性后

图11 创建实例 类型为非独立

图12 设置分析步Step-1

图13 设置场输出变量

图14 创建边界条件BC-1

图15 作用于工件一端，使完全固定（U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0）

图16 边界条件BC-1作用后

图17 创建边界条件BC-2

边界条件BC-2作用于工件的另一端，设置应变为1%，即U1=%工件长=0.45，并对幅值进行了设置，如上图所示。

图18 边界条件作用后

图19 分割部件，为分析更为关心的切口区域进行细分

图20 划分后结果

图21 对工件进行边布种

图22 指派全局种子，设置全局单元大小为0.98 默认值

图23 设置网格参数，使用扫掠技术，中性轴算法，用最小化网格过渡

图24 设置单元类型

图25 网格划分结果

图26 检验网格质量

图27 提交作业

改变切口尺寸：V型-深度0.2，重复上述步骤。部分示意图如下：

图28 V型切口-深度为0.2mm时的模型图

改变切口类型：U型切口，深度0.05mm+0.03mm。

图29 U型切口，深度0.05mm+0.03mm的三维图

图30 网格划分

三、结果分析

1. 结果分析-V型切口-深度0.1mm

图31 作业分析监控

图32 应力云图

图33 最大应力区

图34 位移云图

2. 结果分析-V型切口-深度0.2mm

图35 作业运行监控

图36 应力云图

图37 应力最大处

图38 位移云图

3. 结果分析-U型切口-深度0.05mm+0.03mm

图39 应力云图

图40 应力最大处

图41 位移云图

综上：结合以上两种切口形状和三种切口深度拉伸1%结果，对比可得：

1）与 U 型切口相比，V 型切口具有更尖锐的几何形状，在拉伸过程中更容易产生高的应力集中，这使得 V 型切口在单轴拉伸试验中更容易达到材料的屈服点，从而导致更早的断裂。

2）V 型切口：此种切口为等边三角形切口，随切口深度的增加，在这个过程中最大主应力在切口附近集中且最大值随切口深度/宽度的增大而增大，应力分布受深度影响。

3）U 型切口：此种切口的宽度不随深度的增大而增大，应力的集中只受切口深度的影响。

4）就切口深度而言，将深度的均值与应力均值对应起来比较可知，相同切口深度情况下，U 形切口应力更大，说明实际中，材料出现 U 型切口造成的损伤更大。