含切口板材单轴拉伸有限元仿真
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。
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
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
结论
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。
