Abaqus帶預緊力螺釘的接觸分析

2016-11-24  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

我們通過此例學習復雜接觸問題的建模方法,生成部件和定位實體的不同方法,以及模擬螺釘預緊力的兩種方式:施加螺栓載荷和定義過盈接觸。基于結構和載荷的對稱性,只取模型的1/2進行分析。

在接觸分析中有兩個重要的問題:1在接觸關系建立起來之前,模型中的實體可能出現剛體位移;2接觸條件突然改變,導致ABAQUS無法收斂。因此,本例中將使用額外的分析步和邊界條件,使模型平穩地進入接觸狀態,將載荷逐步施加到模型上。

在接觸分析中,如果接觸屬性為默認的“硬”接觸,則不能使用六面體二次單元(C3D20和C3D20R),以及四面體二次單元(C3D10),而應盡可能使用六面體一階單元。本實例選用C3D8I單元。分析過程中不會出現很大的滑動,因此選用小滑移。各接觸面上使用庫倫摩擦,摩擦系數為0.15。

螺紋處的應力應變狀態不是關心的重點,因此可以不對螺紋精確建模,而是在螺釘和底座螺孔的內表面之間建立綁定約束。這樣得到的模型回比實際結構剛硬,但可以大大簡化建模過程,避免收斂困難,且不必再螺紋處劃分很小的單元。

建立的裝配體模型如下圖所示:

以上模型中的基座和蓋板為網格格式的文件。下面我們重點關注接觸的建立。首先在螺紋處定義綁定約束。

上述位置誤差限度的含義為:與主面的距離小于此限度的從面節點都會受到綁定約束。由于模型中存在數值誤差,所以一般都應設置這樣一個位置誤差限度。必須讓位置誤差限度略大于主面和從面在模型中的距離,否則這兩個面之間不會建立綁定約束。

定義蓋板與基座之間的摩擦接觸,以及螺釘與蓋板的摩擦接觸。注意應選擇剛度較大、網格較粗的面作為主面。具體的接觸性質如下左圖所示:

定義的分析步如上右圖所示。重點關注蓋板。帶摩擦的接觸關系可以消除蓋板的剛體位移,但在這個接觸關系建立起來之前,蓋板缺乏足夠的約束條件,因此需要一些額外的分析步和邊界條件,讓分析過程更容易地實現收斂。第一個分析步在蓋板的端面上定義臨時的固支邊界條件,在螺釘上施加很小的預緊力,讓各個接觸關系平穩地建立起來。

第二個分析步:去掉蓋板端面上的固支邊界條件,保持螺釘上的10N預緊力不變。

提交作業,分析結果如下圖所示:

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