练习22:硬度计压头赫兹接触

本案例是接触分析开篇,主要介Abaqus做接触的基本过程,以常见的赫兹接触为例。

问题描述

平面问题,二维建模;结构形态如下图所示。

弹性触头与刚性基体接触,解析刚体以参考点RP加以控制(仅有六个自由度),计算效率高。

材料信息

Aluminum;杨氏模量:70GPa;泊松比:0.3;

工作目录

选择File > Set Work Directory设定工作目录

几何模组

单击Open,从工作目录选择HalfCylinder.cae并打开

属性模组

装配模组

直接完成组装。说到组装这里其实有一个小技巧,建模的时候先将所有轮廓线画出来存起来(进入Sketch模块),然后再进行建模导入草图,每一个模型只选择需要的草图,这样就能提前将零部件的位置确定好,装配简单。

分析步模组

分析程序选择Static, General。设定初始增量为0.05。(接触是典型的非线性问题,建议初始增量设定为5%,甚至更小)

交互模组

在初始分析步建立面面接触关系

注意:两个接触件刚度大者作为主面(Master Surface),如上图所示,选择解析刚体作为主面,进一步选择黄色对立一边为接触面,从面(Slave Surface)已经建立集合(Set)。

从面类型选择为Surface,多数时候面(Surace)总是优于节点(Node),从求解精度上讲。

每一对接触都要有接触属性,控制接触行为的,接触属性可以在建立接触对前建立或者建立接触对中建立。

点击上图按钮进入接触属性创建界面

注意观察截图,我们这里选择第一个项Contact。截图还有很多其他信息,可以发现很多传热的条件也是在这里设置。无需过多设置,直接点击OK,就完成默认属性设置。

默认接触属性随着接触的种类发生变化,此处面面接触的基本属性为:法向为硬接触、切向为无摩擦。定义好接触就会看到如下:

荷载模组

切换至Load模组
  • 定义荷载

对弹性接触触头上侧边线施加Pressure,大小为60E6

  • 定义边界

解析刚体被完全约束,弹性触头左侧边线施加对称约束。

网格模组

切换至Mesh模组,注意网格划分与单元分配是处在同一个模组下。

网格没有经过很好的布置,关于赫兹接触网上有很多布置网格的例子,大家可以参考。使用的单元类型为CPE4R

分析任务

切换至Job模组,新建分析任务,直接提交即可。

可视化模组

切换至Visualization模组
  • Mises

  • 路径图(Path

想知道沿着接触边界的地方接触压力是怎么样分布的,这里绘制路径图。首先从菜单栏Tools > Path > Create创建一条路径:

通过最短路径选择你要的边线

选择输出量为接触压力CPRESS

路径选择比较粗糙,所以也是造成曲线图不平滑的一个原因,另外就是布置网格密度和形状。

有兴趣可以自己对比一下理论计算的路径图与软件模拟的。因为这个涉及很多公式符号,编辑多有不便,请自行尝试,可以使用Excel绘图。

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