镁铝合金单轴拉伸试验件设计及有限元分析.pptx

镁合金单轴拉伸试验件设计镁合金单轴拉伸试验件设计背景介绍：现需要对某镁合金材料进行单轴的力学拉伸实验，测量该材料的弹性模量和拉伸强度。由于实验条件的要求，只能采用销钉加载的方式。采用该方法比较容易实现试件的对中，便于消除了附加弯矩，并且方便在实验机上进行装卸，试件形状如图所示。端部的孔即为加载用的销钉孔。镁合金单轴拉伸试验件设计镁合金单轴拉伸试验件设计设计要求：参照GB/T 228.1-2010设计试件的具体尺寸，使得在极限载荷下销钉不会被剪断，销钉孔边不会发生破坏，且铝镁合金的最终失效表现为在中间有效区域（Le）发生断裂。第一种条件：试件屈服强度第一种条件：试件屈服强度180Mpa参考GB/T 228.1-2010设计拉伸试件并按销钉的剪切强度确定销钉孔尺寸，为方便加工，采用等厚度设计，使用矩形截面比例试件(编号P9)。最终试件的销钉孔径初定为10mm，其三维形状如图所示试件的最终加工图纸如下试件及销钉强度校核试件及销钉强度校核由于试件销钉接触问题为非线性，孔边应力较为复杂，且要考虑塑性变形，故采用有限元方法进行试验件的强度校核。不考虑孔与销钉的间隙及预应力，由于试验件关于中间平面对称，因此可以只考虑模型的一半进行分析，最终的有限元模型如图所示：载荷及边界条件载荷及边界条件在对称面处施加对称边界条件，在销钉两端施加X方向的位移载荷，销钉与孔之间创建面-面接触对施加X方向的位移载荷对称边界条件对称面处施加对称边界条件，对销钉施加位移载荷，销钉与孔之间为面-面接触对,最终的等效应力云图（von mises stress）如图所示（本次分析中用到的单位为kpa，mm）试件的中间有效区域（Le）有大范围达到屈服强度，孔周围有局部区域也达到屈服应力试件的塑性变形云图(试件的镁合金材料采用理想的双线性弹塑性模型)可以看出试件的有效试验段发生了较明显的屈服，而销钉孔周围的局部区域也有明显的塑性变形区，但变形仅限与孔边，没有扩展到外边界极限载荷时销钉的XY剪切应力云图通过分别对试件和销钉的强度校核，可得出所设计的试验件是满足第一种情况下的强度要求的，即在极限载荷下销钉不会被剪断，销钉孔边不会发生破坏，且铝镁合金的最终失效表现为在中间有效区域（Le）发生断裂。第二种情况：试件屈服强度为第二种情况：试件屈服强度为550650Mpa设计要求：根据航空材料手册选用销钉材料，并设计试件尺寸由于第一种情况的强度裕度较大，拟采用与第一种条件下相同的外形尺寸，但销钉的受力会较大，查航空材料手册，TC4钛合金在常温下屈服强度约为830Mpa。考虑用钛合金作为销钉材料。下面同第一种情况采用有限元方法进行试件及销钉的强度校核单元类型，网格划分，接触对设置载荷与边界条件与第一种条件类似，给定销钉位移为3mm试件的等效应力云图（虚线表示变形前位置）通过对两种不同情况下试件与销钉的设计与强度校通过对两种不同情况下试件与销钉的设计与强度校核，可知设计的试验件及销钉静强度是满足要求的。核，可知设计的试验件及销钉静强度是满足要求的。通过专业课程设计，巩固了上学期学习的有限元软通过专业课程设计，巩固了上学期学习的有限元软件件ansys的基本用法，也复习了相关的三维作图软的基本用法，也复习了相关的三维作图软件，对接触、弹塑性等简单的非线性问题有了一个件，对接触、弹塑性等简单的非线性问题有了一个初步的了解，对应力集中区域有了更深的认识，基初步的了解，对应力集中区域有了更深的认识，基本会查阅相关的标准和手册。本会查阅相关的标准和手册。谢谢