ANSYS與ABAQUS比較之實例4---圓壓頭與平板的接觸分析1

2016-09-16 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

本文是ANSYS與ABAQUS比較之系列篇,本文是第四篇,關(guān)注的是在接觸分析方面二者的異同。

由于分析比較復(fù)雜,該比較分為兩篇來說明。本篇1是使用ABAQUS進行求解的過程,下篇2則是用ANSYS求解的過程,比較的結(jié)果將在下篇2中給出。

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【問題描述】

一半徑為10mm的圓形薄片,壓在一90mm*30mm的矩形板頂邊中間。在圓片上施加一個6KN的集中力,使得圓片壓在矩形板上,現(xiàn)在要求分析模型的受力狀態(tài)。

已知:矩形板材料為鋼材,彈性模量為210GPA,泊松比為0.3;圓形薄片相當(dāng)剛硬,可以看做是剛體;在圓片和矩形板之間沒有摩擦。

(該問題來自于張建華,丁磊的《ABAQUS基礎(chǔ)入門與案例精選》,電子工業(yè)出版社,2012.6)

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【ABAQUS6.14的求解要點】

本問題是一個靜力學(xué)問題,而且屬于一個平面應(yīng)力問題,對于板使用平面應(yīng)力單元,對于圓形薄片則使用解析剛體。
該問題還是一個接觸分析問題,它是非線性問題的一種。對于接觸設(shè)置為無摩擦的接觸。
由于結(jié)構(gòu)關(guān)于Y軸對稱,為了提高計算效率,可以進一步只取右半邊來分析。
為了保證接觸收斂,在加載時,使用兩個分析步,第一個分析步加載10N,第二個分析步加載到6KN。

【ABAQUS6.14的求解過程】

1 創(chuàng)建部件

本步驟要創(chuàng)建圓形薄片和矩形板,由于對稱,都只創(chuàng)建一一半。

對于圓形薄片,使用解析剛體,以表達其不可變形的效果。

對于矩形板,使用二維實體。

此外,對于解析剛體需要創(chuàng)建一個參考點,以便在其上加力或位移邊界條件。

設(shè)圓形薄片和矩形板的接觸點為坐標(biāo)原點,水平向左為X正方向,豎直向上為Y正方向,來創(chuàng)建該物體系統(tǒng)。

(1.1)創(chuàng)建矩形板的一半

在二維平面空間內(nèi)創(chuàng)建該可變形部件。結(jié)果如下右圖。

(2)創(chuàng)建圓形薄片的一半

它是一個二維平面內(nèi)的解析剛體,只用四分之一圓弧線表達。結(jié)果如右下圖。

(3)指定圓形薄片的參考點。

這里指定該四分之一圓弧最下面的接觸點作為參考點。

2 創(chuàng)建材料和截面屬性

只需要創(chuàng)建一種材料屬性:矩形板的材料屬性。設(shè)置好后將其通過截面屬性分配給矩形板即可。

至于圓形薄片,它是剛體,不需要額外的材料屬性。

創(chuàng)建鋼材的材料屬性。

創(chuàng)建截面屬性,將上述材料屬性賦予給該截面屬性。

將上述截面屬性分配給矩形板。

3 定義裝配體

由于圓形薄片和矩形板是按照其裝配位置處的狀態(tài)創(chuàng)建其幾何模型的,所以只需要把它們導(dǎo)入到裝配體中就好。

下面是導(dǎo)入的結(jié)果

4 設(shè)置分析步

接觸問題是非線性問題,為了保證非線性問題的收斂,除了初始分析步外,這里設(shè)置兩個分析步,第一個分析步加載10N,第二個分析步加載到6KN。

創(chuàng)建分析步后的結(jié)果如下圖

從上圖可以見到,這兩個分析步都是一般的靜力學(xué)分析步,而且都打開了大變形開關(guān),即要考慮幾何非線性。

5 定義接觸

要定義接觸,首先要設(shè)置接觸屬性,然后對于某兩個接觸面分配該接觸屬性。

這里是四分之一圓弧與矩形板的上邊線發(fā)生線-線接觸。

(1)定義接觸屬性

這里是無摩擦的接觸。保持默認(rèn)屬性,就是無摩擦的接觸。

(2)定義圓弧與矩形板的上邊線之間的線-線接觸

在第一個分析步創(chuàng)建面-面接觸,

在主窗口中選擇弧線及矩形板的上邊線,保持默認(rèn)設(shè)置如下

這里已經(jīng)使用了上一個步驟創(chuàng)建的Nofriction接觸屬性。

此時窗口中顯示如下圖

這意味著在弧線與上邊線之間創(chuàng)建了接觸。

6 定義邊界條件和載荷

在初始分析步,對于圓形薄片,用參考點來表征其狀態(tài)。該圓形薄片只有向下的位移,而水平位移以及面內(nèi)轉(zhuǎn)動為零。

在初始分析步,對于矩形板,其底邊的X,Y位移均為零;此外,為了表達對稱效果,其左邊線的水平位移是零。

在第一個分析步,對參考點加向下的集中力10N

在第二個分析步,將上述集中力修改為6KN.

下面按照上述分析來施加邊界條件和載荷。

(1)初始分析步

參考點的水平位移,面內(nèi)轉(zhuǎn)動為零。