На сей раз дискуссия из родного чата, т.е. из "сапробасен". И хоть название очень похоже на: Чем плохи линейные тетры в расчетах, в реальности тут все совсем про другое. И скорее ответы ближе к этой заметке: Любой ли расчет должен быть нелинейным?
Вопрос: На текущий момент я потихоньку начинаю осваивать Ansys, смотрю ролики. И пока что имеется один вопрос, который собственно меня очень давно тревожит и интересует. Это где взять корректную информацию о материалах, может есть какие ни будь базы или справочники. На поиски параметров уходит очень много времени
Anton Vasiliev: итак, Если материалы наши, то гостовские справочники и их электронные копии (например http://www.splav-kharkov.com/ про данный ресурс будет отдельно, но подобных вариантов - масса)
Если импортные - матвеб
Но в реальности данные могут сильно отличаться в справочнике и в реальности
И чтобы получить более правильные данные - можно запросить у производителя
Но, нужно понимать, что один и тот же металл в одной поставке может отличаться по прочности на 20-30% (это у наших "прокатов")
А в зависимости от типа проката - и того больше
Опять же с обработкой, без, с упрочнением без и пр..
Если же интересует материал "не металл" - то в каком то плане все ещё хуже.
Вопрос: отличаться в меньшую сторону от максимума?
или же это плюс минус
Anton Vasiliev: Плюс минус
На западных материалах часто пишут минимально гарантируемые мех. характеристики и прочность
Вопрос: то есть если у нас запас прочности у 316 580 MPa, то в полне может быть как 450 так и 700 MPa?\
Anton Vasiliev: 316 это в смысле штатовская сталь?
Тогда у них 580 обычно минимум
Но надо смотреть не только по материалу но и по способу изготовления
Литое, ковка, прокат - разные мех характеристики
Вопрос: а по пределу упругости тоже 20-30% погрешность?
Anton Vasiliev: Нет. Первое - не "предел упругости", а "модуль упругости", или модуль Юнга
У сталей вообще (т.е. полный диапазон изменений) модуль упругости меняется от 1.8 до 2.2 Е11 Па
в общем модулю упругости и к-ту пуассона можно вполне верить
их разброс для материала и одного метода производства отличается не более чем на 5%. обычно производители говорят 2
Александр Степанов: Антон, а по нашим разве не так? Нормы Пнаэ 7-002-86 и ГОСТ 34233.1на сосуды и аппараты на расчет с коэф.запасами и механикой например? Отливка например еще учитывается повышением КЗ с коэф. 0.8.
Anton Vasiliev: Ну так это мы уже не про стандартные справочники материалов говорим, а про нормы ;)
Шутка в том что по справочникам (станадртынм) у нас для очень многих материалов/сортамента вообще нет данных по прочности
и собственно в нормах иногда даны данные для них, но часто идут те материалы для которых данные есть (в смысле "идут" - значит разрешены к использованию)
и вот там уже можно ориентироваться на цифры (когда они приведены в нормах). но надо понимать опять же о чем мы говорим
тонколистовой прокат может иметь в полтора раза больше предел текучести и прочности чем литой материал
соответственно 0.8 ничего не даст :)
0.8 это идет от того что при литье возможны мелкие дефекты. и берут предел текучести на литье и 0.8 от него
но не .... тааак у нас есть материал. вот тут есть какая то цифра от нее и прыгаем
Александр Степанов: Все верно
Для материалов по которым не все данные - не дай бог такое считать тогда
Вопрос: вот такой еще вопрос, солидворкс например считает по пределу текучести и переделу прочности
и по мизесу также определяет по пределам
а вот например comsol считает по модулю юнга и коэфф пуассона
но оценивать также приходится по пределам
я вот не особо понимаю связь пределов и модуля упругости и коэф пуассона
Anton Vasiliev: не не не. это Вы немного путаете :)
Для статических расчетов нужны всего три цифры в общем случае - модуль упругости, к-т Пуассона и плотность
модуль упругости и к-т пуасона можно заменить или пересчитать с другими характеристиками, см тут: Модуль упругости
что касается пределов текучести и прочности - они не участвуют в линейном расчете.
они участвуют только на этапе анализа результатов как цифры с которыми сравниваем
если расчет нелинейный - тогда участвует предел текучести и тангенсальный модуль еще
Александр Степанов: Для материалов по которым не все данные - тогда нужна исследовательская база с сертификатами на материал и всем вытекающем из этого
Anton Vasiliev: так в половине случаев именно это и рекомендовано в нормах делать с поставками металла (проводить эксперименты)
и для тех же атомок потом идут сертификаты... через всю жизнь..
"PLM на бумаге" короче
ну по крайней мере в теории. На практике, насколько я знаю тоже бывает весело:
А какой у нас материал у данной арматуры? Да хрен его знает но в прошлом отчете ее к-т запаса был такой-то
прикинь какие пределы такое дадут - от них и пляшт
Вопрос: и тут для анализа остается предел прочности?
и помимо этого все параметры зависимые от температуры?
Anton Vasiliev : Да свойства материалов - температурно зависимые.
Нет, предел прочности это не совсем то. В нелинейном расчете я обычно рекомендую смотреть не на напряжения, а на пластические деформации
и сравнивать их с предельно допустимыми
но в таких случаях (когда надо до разрушения) уже данными из справочников - не обойтись
нужны экспериментальные данные, и модель материала не билинейную а мультилинейную
Вопрос: а в нелинейном получается предел прочности вообще никаким боком?
Anton Vasiliev: не совсем. но да
предел прочности обычно используется для хрупких материалов у которых нет предела текучести
щас поясню почему его не используют
итак синее - это закон гука. т.е. работа по линейному закону, т.е. по модулю упругости
по иксу - нагрузка которую выдерживает конструкция, по игреку - напряжения при этом
до первого пунктира на St - все супер
а вот потом получается хрень
если материал пластичный и у него есть приличная зона текучести (а это большинство сталей, аллюминиев и пр. большинство но не все)
то после этой циферки St, он начинает вести себя по другому. он идет не по синей линии, как считает линейный расчет. а по зеленой
которая ориентировочно в 100 раз менее крутая
так вот если в линейном расчете мы будем определять что конструкция навернется по пределу прочности - то на силе это красный пунктир
а в реальности - зеленый
из этого нельзя делать выводов, что все будет супер в любом случае
это объяснение - лишь об одном. работая в линейных расчетах и считая пластичные материалы предел прочности это хрень
все
а вот если материал хрупкий, то у него либо предел текучести и предел прочности очень близко.... либо вообще предел текучести отсутствует как класс
Вопрос: например какие материалы имеют предел прочности но не имеют предел текучести? вы меня совсем сломали)))
Anton Vasiliev: Хрупкие - камень, стекло, керамика, некоторые виды пластиков, это часть сталей даже.
и может быть любая сталь после обработки в рамках которой мы задираем предел текучести, например делаем материал более твердым термообработкой, или азотированием или..
вариантов множество
в этом случае можно считать по линейному закону и считать что если мы достигли предела прочности - конструкции хана
причем если для пластического тела появление трещины, еще не всегда хана. то для хрупкого - все. .... котенку
теперь почему не любят смотреть на предел прочности в расчетах на пластику
Как определяют эти характеристики (те что на картинке выше)
берут образец закрепляют на измерительной машине и механическим путем растягивают
задавая насколько сместится верх относительно низа
зная эти перемещения и длину образца - получают данные для е - шкалы деформации
как определяют напряжения - очень просто. "тензодатчиком" меряют усилие которое возникает для каждого перемещения
но так как сила это не есть напряжение, то для определения напряжения силу делят площадь сечения
при этом считая что сечение всегда остается одинаковым
т.е. серая пунктирная линия на образце
на самом же деле образец вытягивается и сечение у него меняется. - этот эффект игнорируется
серая сплошная линия - это пересчитанная сила в "напряжения" но "тупо"
серая пунктирная - это пересчитанная с учетом изменения сечения вследствие растяжения
сначала - они практически не отличаются... но потом разница набегает
серая сплошная - инженерные напряжения (полученные с постоянным сечением) серый пунктир - "истинные" (true stress)
по этим словам вы сможете найти более полно информацию
идем далее...
в определенный момент в слабом месте конструкции начинает появляться пластика чуть более быстрая чем в остальных местах
и начинает уже не все сечение меняться равномерно
а образовываться "шейка"
при этом на малопластичных материалах шейка может быть 0.8-0.5 от поперечного сечения
на очень пластичных до 100 раз разницы
понятное дело что сила теперь приходит на самое слабое место, которое по сечению еще меньше, чем считалось до того
соответственно и получается то, что по сопромату говорят: "даже с меньшей силой идет разрушение"
и на диаграмме выглядит как "хвост вниз"
на самом деле хвоста вниз нет, потому что если пересчитать с учетом сечения, и с учетом того что внутри сечения возникают микротрещины, то мы получим красную кривую
по этой причине Sв никто и не использует обычно. его надо пересчитывать прежде чем использовать и при этом иногда еще и не просто по логарифму, а и с учетом шейки
при этом хоть Sв St отличается обычно не более чем в 2-2.5 раза
а по горизонтали на синий участок 0.2 а на остальной 10-30
т.е. синяя выгялдит почти вертикально а серая (да и красная) выглядит почти как горизонтальная линия
на самом деле неучет того, как именно ведет себя кривая, и моделирование ее одним куском - существенно искажает расчет (не на начальном этапе, а после первой трети)
искажает еще и потому что у нас обычно неодноосный случай (как в эксперименте), а сложное напряженно-деформированное состояние (НДС)
как итог, если нам нужен расчет с сильной пластикой - нужно иметь возможность проводить эксперименты
и делать их кучу
Вопрос: т.е. насколько я понял, предел прочности не используют, потому что большая доля деформации попадает в промежуток значений от предела текучести до предела прочности, и в какой момент сломается изделие не ясно?
Anton Vasiliev: грубо - да. просто для прочниста это неточное определение, посему я и расписывал всю ситуацию
в общем по линейным и нелинейным расчетам можно посмотреть тут: https://zen.yandex.ru/media/saprobasni/liuboi-li-raschet-doljen-byt-nelineinym-60f7031433dfcb029faedac0?feed_exp=ordinary_feed&from=channel&rid=2954468414.464.1628241047642.75012&integration=site_desktop&place=layout&secdata=COeqjpqvLyABMAJQD1gAagEB
Вопрос: единственное не особо понял почему серая и красная кривые имеют такую форму в конце, наверное нужно пробовать делать расчет и строить график в нем
Anton Vasiliev: смотрите. у вас сечение 1 м2 исходное
в ходе растяжения оно уменьшается до 0.95 чисто по законам сохранения объема
а потом у вас начинается образовываться шейка и в конце она 0.5м2
т.е. по сути вы уже тянете не образец 1м2 а 0.5
а усилие реакции вы всегда делите на 1
соответственно вам для новой деформации нужно приложить меньше усилия, делим на неизмененное сечение - нам кажется, что напряжения уменьшаются
в реальности же - хрен там. они идут вверх
потому что если усилие уменьшилось на с 1000 до 700, а сечение с 1 до 0.5 то мы получаем не падение с 1000 до 700 а рост с 1000 до 1400
Вопрос: стало понятнее, буду пробовать получать подобные графики в ансис
огромное спасибо!
Anton Vasiliev: в ансис вы "слоника" не получите :)
только в эксплисите насколько я знаю
Более подробно о моделях материалов тут:
У кого остались вопросы - задавайте в комментариях