ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真

橡膠擴張變形過程是個典型的非線性過程,而且包含了非線性中的三種情況:

1. 橡膠屬于典型的超彈性材料—— 材料非線性
2. 橡膠在擴張過程中的應變很大—— 幾何非線性
3. 橡膠擴張過程中存在于擴張件的接觸—— 狀態非線性

因此在仿真過程中,我們要認真關注計算的收斂性問題。下面我們以電纜冷縮終端為例,對橡膠件的擴張過程進行一個仿真,并得出冷縮終端的抱緊力。

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖1



仿真過程

對于橡膠擴張過程的仿真,我們可以將其視為準靜態問題,因此我們選擇Workbench中的 Static Structural (結構靜力學)模塊來簡單模擬。

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖2

Step1

橡膠材料的選擇

新建一個材料,命名為“RUBER”。

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖3

本次計算采用Ogden 3rd Order本構方程,雙擊Toolbox中的Ogden 3rd Order材料模型,將其添加到RUBER材料的屬性中。

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖4

根據ANSYS Help中的數據,Ogden 3rd Order材料模型具體數值依次為:43438Pa、1.3、82.74Pa、5、-698.5Pa、-2、2.9E-8Pa^-1、0Pa^-10Pa^-1

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖5

Step2

建立冷縮終端模型

冷縮終端屬于回轉體,我們可以選擇縱向截面的1/2,使用平面軸對稱模型進行仿真,這樣不僅不損失計算精度,同時也大大降低了計算量。

筆者在CAD中畫了個冷縮終端的模型,導入到SCDM中,并將兩個面模型分別命名為“電纜”“終端”,幾何模型如下圖所示:

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖6

Step3

設置分析類型
在Propertiesof Project Schematic中將 AnalysisType切換為2D 。( 若Analysis Type為3D,則導入平面幾何后軟件將使用殼單元計算 )。雙擊Model進入Mechianical。

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖7

Step4

設置模型參數

點擊Geometry,將2D Behavior設置為Axisymmetric;

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖8

選擇電纜,因為電纜材料參數筆者暫時未找到,所以材料默認為Structural Steel;

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖9

選擇終端, 將其材料改為Step2中建立的“Ruber

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖10

Step5

接觸設置

1. 接觸邊選擇終端邊,目標邊選擇電纜

2. 接觸類型選擇Frictionl(摩擦接觸),摩擦系數設置為0.1

3. 接觸算法選擇Normal Lagrange(法向拉格朗日算法)

4. 橡膠擴張模擬:該案例我們使用偏移目標面的方式來模擬擴張過程。將Interface Treatment設置為Add Offect,Ramped Effects,Offcet設置為10mm,表示終端的內徑擴張10mm。

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖11

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖12

Step6

網格劃分

自由網格劃分。網格物理選項設置為非線性結構,單元階數設置為線性(低階),網格尺寸設置為1mm

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖13

Step7

分析設置

1. 自動時間步設置。打開自動時間步,并采用子步形式;

2. 子步設置。初始子步設置為200,最小子步設置為100,最大子步設置為400;

3. 打開大變形。Ogden 3rd Order材料要求分析時必須打開大變形。

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖14

Step8

載荷和約束設置

設置電纜中心線為固定約束A,同時為了方便計算,將終端底邊設置為無摩擦約束B。

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖15

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖16

Step9

結果

提取變形結果,如下圖所示。

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖17

同樣,我們可以在結果中插入接觸工具Contact Tool,提取接觸壓力Pressure,如下圖所示。

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖18

關注公眾號,回復“ 終端”,獲取源文件。
往期精彩內容





ANSYS分析實例系列

01 齒輪動態接觸分析

02 沖壓成型仿真

03 牛頓擺多體動力學仿真
04 平行圓柱體的赫茲接觸計算與ANSYS實現
05 球體的赫茲接觸計算與ANSYS實現





HyperMesh與ANSYS聯合仿真系列

HyperMesh與ANSYS聯合仿真(一)

如何在HyperMesh中使用ANSYS命令






ANSYS與材料力學系列課程

01 繪制軸力和軸力圖
02 平面應力和平面應變
03 提取任一截面上的應力
04 胡克定律
05 拉(壓)桿的應變能
06 應力集中
07 材料力學知識回顧與WB中剛性梁的探討
08 繪制扭矩和扭矩圖
09 扭轉桿的應變能
10 繪制梁的剪力圖和彎矩圖





ANSYS實用功能詳解系列

01 Weak Spring-弱彈簧

02 End Releases-端部釋放

03 Remote Force-遠端力






安裝教程及安裝包分享

01 ANSYS 2020 R2 安裝教程及安裝包分享
02 HyperWorks 2020 安裝教程及安裝包分享
03 ANSYS 2020 R2 安裝教程及安裝包分享

ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖19
其余精彩內容請進入公眾號閱讀
ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖20

歡迎大家在看轉發支持!掃描二維碼關注公眾號,一起聊聊力學和有限元那點兒事。
點點點,贊和在看都在這兒!ANSYS Workbench分析實例之橡膠件擴張過程仿真的圖21

登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP

7
16