ANSYS材料非线性记忆金属解析.docx

1、ANSYS材料非线性记忆金属解析ANSYS材料非线性+几何非线性分析之记忆合金ANSYS材料非线性+几何非线性分析之记忆合金问题背景：在20世纪60年代由美国海军武器实验室发现了镍钛合金的记忆属性，并称之为SMA，其中它的最主要的使形状记忆效应、伪弹性效应、类橡皮性。本课题主要研究SMA金属在矫正牙齿方面的应用，基于ansys软件的有限元分析，得到记忆金属在发生变形后内部的应力状况，以及释放位移后金属的残余应力，而且可以得到金属在加载和卸载过程中的应力应变曲线，这对于设计牙套非常有帮助。关键词 记忆金属 分步加载 应力应变曲线问题描述：如图所示的模型，当A和B点向外拉开的时候，将牙卡在3和11

2、之间，然后释放A和B由于金属具有记忆属性，它会对牙有一个压力，这样的话就能达到矫正牙齿的作用。由于对称性，我们可以建立一半模型来分析。先对B施加一个x方向的位移5mm，然后再施加一个x方向的位移2mm。分析模型的等效应力图和等效应力与应变关系图。图1.模型材料的参数图2.材料参数实验步骤：1.实验分析模型Structure图3.分析模型2.选择材料的单元类型solid182和solid185图4.材料单元类型3.输入材料的各项参数。图5.弹性模量和泊松比图6.记忆金属各项参数4.建立平面点坐标图7.点坐标5.利用指令“a，1,9,10,8”建立平面图8.平面图6.通过直线和倒角，建立曲线图9.

3、曲线图7.进行拉伸操作建立三维立体图形图10.立体图8.画网格将网格的大小设置为0.15，然后通过sweep画全部的网格。图11.画完网格后的图形9.在左上角端部施加固定端约束图12.施加固定端约束10.施加位移载荷，分两个步骤。第一，在右下角处施加x方向5mm的面位移，写入载荷步“lswrite，1”；图13.第一次加位移第二,在右下角处施加2mm的面位移，写入载荷步“lswrite，2”。图14.第二次加位移图15.施加位移后的图像11.设置载荷步进行分步求解图16.设置求解步骤12.分布求解图17.分布求解13.查看等效应力云图。图18.位移为5mm时的等效应力图图19.位移为2mm的时

4、等效应力图14.导出应力最大点的等效应力和应变的数据。图20.导出数据15.用excel将数据打开，绘成散点图。图21.应力应变图思维扩展：牙套在使用过程中，由于人在咀嚼食物的过程中，食物对牙齿有一个压力，因为牙套的固定作用使得压力作用在牙套上，而在平时不吃东西时，牙套只受到了2mm的残余压力作用，那么牙套在受到压力的反复作用时，是否记忆金属还能恢复到原来的形状呢？ 试验步骤：1.步骤同前建立相同的模型图22.模型2.施加载荷，分为三步第一步，将左上角的面固定住，右下角施加x方向2mm的位移，写入载荷步“lswrite，1”。图23.施加固定端约束图24.施加位移约束图25.施加位移约束后第二

5、步，在上弧端内部节点施加x方向的力30N。写入载荷步“lswrite，2”。图26.施加力后的图像第三步，在同样的节点上施加x方向的力为0，写入载荷步“lswrite，3”。3.设置载荷步进行求解图27.载荷步设置4.进行求解。查看每一步结束后的等效应力图图28.只有位移约束下的等效应力图29.加力后的等效应力图30.将力卸掉后的等效应力5.取加力后等效应力最大的点做应力应变曲线图31.应力应变曲线结论：由上图的应力应变曲线我们能够看出，记忆金属除了在受到大变形能够恢复到原状外，在受到反复力的作用时也是能够恢复到原状的，但是这两种约束方式之间是存在不同的。不同点有2。第一，第一种位移约束方式的应力变化趋于缓和，最大应力也只有700MPa左右，第二种加力的方式会存在集中力过大的现象，由上图可以看出，应力的最大值逼近1200MPa。这有可能使记忆金属发生局部损坏。第二，第一种位移约束方式的应力应变曲线呈现一种典型的P字形，而第二种加力方式并不是直接达到最大的应力，而是有一段趋于缓和阶段，这个阶段中应变变化很大而应力基本保持平稳。而且在卸载的过程中，应力应变的变化会存在一个线性阶段，当应力下降到与第一种P字形相同的应力值时才会收缩。