Abaqus带预紧力螺钉的接触分析

2016-11-24  by:CAE仿真在线  来源:互联网

我们通过此例学习复杂接触问题的建模方法,生成部件和定位实体的不同方法,以及模拟螺钉预紧力的两种方式:施加螺栓载荷和定义过盈接触。基于结构和载荷的对称性,只取模型的1/2进行分析。

在接触分析中有两个重要的问题:1在接触关系建立起来之前,模型中的实体可能出现刚体位移;2接触条件突然改变,导致ABAQUS无法收敛。因此,本例中将使用额外的分析步和边界条件,使模型平稳地进入接触状态,将载荷逐步施加到模型上。

在接触分析中,如果接触属性为默认的“硬”接触,则不能使用六面体二次单元(C3D20和C3D20R),以及四面体二次单元(C3D10),而应尽可能使用六面体一阶单元。本实例选用C3D8I单元。分析过程中不会出现很大的滑动,因此选用小滑移。各接触面上使用库伦摩擦,摩擦系数为0.15。

螺纹处的应力应变状态不是关心的重点,因此可以不对螺纹精确建模,而是在螺钉和底座螺孔的内表面之间建立绑定约束。这样得到的模型回比实际结构刚硬,但可以大大简化建模过程,避免收敛困难,且不必再螺纹处划分很小的单元。

建立的装配体模型如下图所示:

以上模型中的基座和盖板为网格格式的文件。下面我们重点关注接触的建立。首先在螺纹处定义绑定约束。

上述位置误差限度的含义为:与主面的距离小于此限度的从面节点都会受到绑定约束。由于模型中存在数值误差,所以一般都应设置这样一个位置误差限度。必须让位置误差限度略大于主面和从面在模型中的距离,否则这两个面之间不会建立绑定约束。

定义盖板与基座之间的摩擦接触,以及螺钉与盖板的摩擦接触。注意应选择刚度较大、网格较粗的面作为主面。具体的接触性质如下左图所示:

定义的分析步如上右图所示。重点关注盖板。带摩擦的接触关系可以消除盖板的刚体位移,但在这个接触关系建立起来之前,盖板缺乏足够的约束条件,因此需要一些额外的分析步和边界条件,让分析过程更容易地实现收敛。第一个分析步在盖板的端面上定义临时的固支边界条件,在螺钉上施加很小的预紧力,让各个接触关系平稳地建立起来。

第二个分析步:去掉盖板端面上的固支边界条件,保持螺钉上的10N预紧力不变。

提交作业,分析结果如下图所示:

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