SS-V:5030 軸方向に荷重がかかっているプラスチックバーの両端の反力

テスト番号NVL04塑性限界を超えて軸方向に荷重がかかっているバーの固定された両端の反力と最大変位を求めます。

定義



図 1.
バーの寸法は10 x 10 x 200 mmです。荷重ポイントと左端の間の距離はA=50 mmです。バーの材料のひずみ応力曲線は、べき法則で定義されます:(1)
σ=Kεnσ=Kεn
ここで、
KK
強度係数
nn
[0,1]の範囲内にある必要があります
nn =0
材料は完全にプラスチックです。
nn =1
材料は弾性です。
材料特性は以下の通りです:
特性
KK
530 MPa
nn
0.26
ポアソン比
0


図 2. 対応するひずみ応力曲線

このスタディは、荷重F値30000 N、47000 N、55000 N、および60000 Nに対して実行されました。これらの荷重は、バーの弾性プラスチック応答のすべての範囲をカバーしています。

基準解

ここでは、1次元の解析基準解について説明します。

バーの長さは、荷重下では変化しません。(2)
A0ε1dx  LA0ε2dx = 0A0ε1dx  LA0ε2dx = 0
または(3)
A0nN/(K*A)dx  LA0n(FN)/(K*A)dx = 0A0nN/(K*A)dx  LA0n(FN)/(K*A)dx = 0
ここで、
ε1ε1
バーの左スパンでの引張ひずみ。
ε2ε2
バーの右スパンでの圧縮ひずみ。
NN
バーの左端での反力。
R=FNR=FN
バーの右端での反力。
AA
バーの断面積
この式から、バーの左端での反力を求めることができます。(4)
N = F/(1+(a/b)n)N = F/(1+(a/b)n)

また、右端では次のようになります: R = FNR = FN

結果

バーを、両端が完全拘束された3Dソリッドとしてモデル化しました。ソリッドバー軸では軸力Fを正確に適用できませんでした。そのため、バーのサイドに4つのラインスポットを作成し、合計荷重Fをこれらのスポット上に均等に分配しました(図 3)。
図 3.

以下の表は、反力の結果をまとめたものです。
力 F [N] SOL基準、反力 [N] SimSolid、反力 [N] %差異
30000 17128 18151 5.97%
47000 26834 27146 1.16%
55000 31401 31788 1.23%
60000 34256 34591 0.98%
図 4図 5に典型的なフォンミーゼス応力の分布を示します。荷重適用ラインでこの分布は高い勾配を持っています;しかし、反力の値は1Dの解と相関しています。これは、反力がアクティブな力から離れた場所で適用されているためです。


図 4. 荷重F=30000 Nでのフォンミーゼス応力


図 5. 荷重F=60000 Nでのフォンミーゼス応力