Na análise de carga limite do ANSYS, o valor da tensão de Mises ultrapassou o limite de yield

O autor realizou análise por elementos finitos com o método dos limites para reforçar a estrutura do anel? Meu hábito é simplesmente adicionar tubos mais grossos para realizar a análise padrão. Os que possuem anéis de reforço podem ser calculados diretamente com os métodos de cálculo convencionais. Se estiver acima do padrão, recomenda-se aumentar a espessura da tubulação.

Está sendo usado um material elasto-plástico ideal?

É um tópico antigo, de quatro anos atrás. Recentemente estive trabalhando em problemas semelhantes, então compartilho minhas ideias aqui para que todos possam discuti-las e usá-las como referência. Aceito críticas e sugestões. Após definir o limite de yield no Ansys, teoricamente, quando a tensão de Mises nessa região atinge o valor do limite de yield (o Ansys parece não suportar o terceiro critério de yield), a relação entre tensão e deformação local muda. A forma exata dessa mudança depende do modelo de relação constitutiva utilizado. Eu uso o reforço bilinear, com o valor do tangente definido como 0. Nessa configuração, após a ruptura da unidade, não ocorre fenômeno de endurecimento; ou seja, a tensão não aumenta à medida que a deformação aumenta, mantendo-se sempre no nível da linha de ruptura. Durante o processo que realizei, também ocorreu uma situação em que o valor de tensão de Mises foi maior do que a linha de resistência, com um desvio de cerca de 30%. Isso se deve ao fato de que, nos cálculos por elementos finitos, o que é calculado diretamente são as soluções numéricas dos pontos de integração dentro das células; em seguida, esses valores são extrapolados para fora (o que pode ser comparado a uma interpolação), obtendo-se assim os dados dos nós. E os valores de tensão mostrados no mapa em nuvem correspondem exatamente aos valores nos nós. Os erros no processo de extensão podem fazer com que a tensão nos nós seja maior do que a tensão nos pontos de integração nas extremidades. Na minha opinião, o processo de extrapolação dos pontos de integração e os erros resultantes dessa extrapolação são inevitáveis. É possível reduzir esses erros ao detalhar a grade, de modo que haja mais pontos de integração locais e mais próximos uns dos outros, diminuindo assim o erro de extrapolação. Nos meus próprios cálculos, este método também se mostrou eficaz: mesmo após a detalhamento da grade, a tensão máxima continuou acima da linha de resistência, mas o desvio relativo foi de apenas cerca de 1,5%.

Se você adicionar manualmente as regiões no indicador de ícones de nuvem, definindo uma área muito estreita perto da linha de resistência, verá que, na nova representação em forma de nuvem, as áreas com tensão acima da linha de resistência ficam basicamente nas regiões onde a qualidade da grade é ruim ou nas bordas da área de resistência. Nessas áreas, a variação da tensão é relativamente grande, o que também aumenta o erro no processo de extensão dos dados. A Ansys primeiro calcula a deformação e, em seguida, a tensão. Após as operações mencionadas, percebe-se que a região em que a tensão atinge o valor de resistência à flexão coincide basicamente com a região onde ocorre deformação plástica. Isso indica que as tensões indicadas no mapa de tensões, acima do valor de resistência à flexão, são erros de cálculo, e não causam impacto na deformação da estrutura. Afinal, existe uma ordem de cálculo: primeiro se calcula a deformação e, em seguida, a tensão. Ou seja, deixando de lado os erros inerentes à simulação em si (causados pela carga, condições de borda, simplificações do modelo e grade), embora as tensões em algumas áreas dos resultados de cálculo sejam maiores que o limite de resistência, esses erros locais não afetam a precisão geral da simulação numérica. Os resultados da deformação da estrutura sob as condições de cálculo são confiáveis.

Em seguida, vem a questão da detalhamento da grade. Devido às limitações de desempenho do computador de escritório, utilizei o método de submodelos durante o processo de detalhamento, calculando continuamente as partes locais relevantes da estrutura com base nos resultados do modelo principal. De fato, observou-se que, quanto mais fina for a grade de submodelos, menor é o desvio relativo entre a tensão máxima e a linha de yield. Mas, no método dos submodelos, também é necessário evitar as áreas de concentração de tensões, a fim de que os dados utilizados como condições de borda dos submodelos sejam o mais precisos possível. Portanto, os submodelos não devem ser muito pequenos. Além disso, com base na relação entre os resultados de deformação e tensão mencionados acima, pode-se concluir que, nos cálculos práticos, não é necessário detalhar a grade até o ponto em que a tensão máxima seja exatamente igual ao limite de yield. Basta que ela esteja relativamente próxima desse valor, para se obter resultados precisos suficientes para a deformação e a tensão. Afinal, sempre haverá erros no processo de simulação. O nível de detalhamento dos submodelos e da grade depende do grau de tolerância que você tem em relação a esses erros.

Esqueci de mencionar anteriormente: ao comparar os mapas de tensão e de deformação plástica, percebe-se que, nos locais onde a tensão máxima excede em muito o limite de yield, é provável que não haja deformação plástica. Na minha opinião, é provável que a própria Ansys utilize os valores dos pontos de integração para determinar resultados como a resistência à flexão, enquanto os valores exibidos no gráfico são os valores dos nós. Portanto, os mapas de tensão contêm erros, mas os mapas de deformação devem ser relativamente precisos; isso não é uma contradição. Tudo o que foi mencionado acima, incluindo os erros de extrapolação dos pontos de integração, o método de submodelos, a definição do limite de resistência, etc., pode ser encontrado facilmente. Se houver algum erro, por favor, não hesitem em corrigi-lo.

Este tópico foi editado pela última vez por Ou Lan em 14/12/2020, às 18:04. A estrutura de pressão interna do cilindro é simples, com uma grade regular; a distribuição de tensões e deformações é bastante ideal. Portanto, é improvável que surjam os vários problemas que mencionei anteriormente. Se você tentar apenas fazer o alongamento, verá que a resistência à flexão do material em questão também está bastante de acordo com o esperado.