ANSYS材料非線性記憶金屬

1、ANSYS材料非線性+幾何非線性分析之記憶合金ANSYS材料非線性+幾何非線性分析之記憶合金問題背景：在20世紀(jì)60年代由美國海軍武器實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了鎳鈦合金的記憶屬性，并稱之為SMA，其中它的最主要的使形狀記憶效應(yīng)、偽彈性效應(yīng)、類橡皮性。本課題主要研究SMA金屬在矯正牙齒方面的應(yīng)用，基于ansys軟件的有限元分析，得到記憶金屬在發(fā)生變形后內(nèi)部的應(yīng)力狀況，以及釋放位移后金屬的殘余應(yīng)力，而且可以得到金屬在加載和卸載過程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線，這對于設(shè)計(jì)牙套非常有幫助。關(guān)鍵詞 記憶金屬 分步加載 應(yīng)力應(yīng)變曲線問題描述：如圖所示的模型，當(dāng)A和B點(diǎn)向外拉開的時(shí)候，將牙卡在3和11之間，然后釋放A和B由于金屬具有

2、記憶屬性，它會對牙有一個(gè)壓力，這樣的話就能達(dá)到矯正牙齒的作用。由于對稱性，我們可以建立一半模型來分析。先對B施加一個(gè)x方向的位移5mm，然后再施加一個(gè)x方向的位移2mm。分析模型的等效應(yīng)力圖和等效應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系圖。圖1.模型材料的參數(shù)圖2.材料參數(shù)實(shí)驗(yàn)步驟：1.實(shí)驗(yàn)分析模型Structure圖3.分析模型2.選擇材料的單元類型solid182和solid185圖4.材料單元類型3.輸入材料的各項(xiàng)參數(shù)。圖5.彈性模量和泊松比圖6.記憶金屬各項(xiàng)參數(shù)4.建立平面點(diǎn)坐標(biāo)圖7.點(diǎn)坐標(biāo)5.利用指令“a，1,9,10,8”建立平面圖8.平面圖6.通過直線和倒角，建立曲線圖9.曲線圖7.進(jìn)行拉伸操作建立三維立

3、體圖形圖10.立體圖8.畫網(wǎng)格將網(wǎng)格的大小設(shè)置為0.15，然后通過sweep畫全部的網(wǎng)格。圖11.畫完網(wǎng)格后的圖形9.在左上角端部施加固定端約束圖12.施加固定端約束10.施加位移載荷，分兩個(gè)步驟。第一，在右下角處施加x方向5mm的面位移，寫入載荷步“l(fā)swrite，1”；圖13.第一次加位移第二,在右下角處施加2mm的面位移，寫入載荷步“l(fā)swrite，2”。圖14.第二次加位移圖15.施加位移后的圖像11.設(shè)置載荷步進(jìn)行分步求解圖16.設(shè)置求解步驟12.分布求解圖17.分布求解13.查看等效應(yīng)力云圖。圖18.位移為5mm時(shí)的等效應(yīng)力圖圖19.位移為2mm的時(shí)等效應(yīng)力圖14.導(dǎo)出應(yīng)力最大點(diǎn)的

4、等效應(yīng)力和應(yīng)變的數(shù)據(jù)。圖20.導(dǎo)出數(shù)據(jù)15.用excel將數(shù)據(jù)打開，繪成散點(diǎn)圖。圖21.應(yīng)力應(yīng)變圖思維擴(kuò)展：牙套在使用過程中，由于人在咀嚼食物的過程中，食物對牙齒有一個(gè)壓力，因?yàn)檠捞椎墓潭ㄗ饔檬沟脡毫ψ饔迷谘捞咨?，而在平時(shí)不吃東西時(shí)，牙套只受到了2mm的殘余壓力作用，那么牙套在受到壓力的反復(fù)作用時(shí)，是否記憶金屬還能恢復(fù)到原來的形狀呢？ 試驗(yàn)步驟：1.步驟同前建立相同的模型圖22.模型2.施加載荷，分為三步第一步，將左上角的面固定住，右下角施加x方向2mm的位移，寫入載荷步“l(fā)swrite，1”。圖23.施加固定端約束圖24.施加位移約束圖25.施加位移約束后第二步，在上弧端內(nèi)部節(jié)點(diǎn)施加x方向的

5、力30N。寫入載荷步“l(fā)swrite，2”。圖26.施加力后的圖像第三步，在同樣的節(jié)點(diǎn)上施加x方向的力為0，寫入載荷步“l(fā)swrite，3”。3.設(shè)置載荷步進(jìn)行求解圖27.載荷步設(shè)置4.進(jìn)行求解。查看每一步結(jié)束后的等效應(yīng)力圖圖28.只有位移約束下的等效應(yīng)力圖29.加力后的等效應(yīng)力圖30.將力卸掉后的等效應(yīng)力5.取加力后等效應(yīng)力最大的點(diǎn)做應(yīng)力應(yīng)變曲線圖31.應(yīng)力應(yīng)變曲線結(jié)論：由上圖的應(yīng)力應(yīng)變曲線我們能夠看出，記憶金屬除了在受到大變形能夠恢復(fù)到原狀外，在受到反復(fù)力的作用時(shí)也是能夠恢復(fù)到原狀的，但是這兩種約束方式之間是存在不同的。不同點(diǎn)有2。第一，第一種位移約束方式的應(yīng)力變化趨于緩和，最大應(yīng)力也只有700MPa左右，第二種加力的方式會存在集中力過大的現(xiàn)象，由上圖可以看出，應(yīng)力的最大值逼近1200MPa。這有可能使記憶金屬發(fā)生局部損壞。第二，第一種位移約束方式的應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)一種典型的P字形，而第二種加力方式并不是直接達(dá)到最大的應(yīng)力，而是