ANSYS與ABAQUS比較之實(shí)例4---圓壓頭與平板的接觸分析1

Garyice

2017年11月16日 11:35

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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(jìn)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(gè)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(diǎn)】

本問題是一個(gè)靜力學(xué)問題，而且屬于一個(gè)平面應(yīng)力問題，對(duì)于板使用平面應(yīng)力單元，對(duì)于圓形薄片則使用解析剛體。
該問題還是一個(gè)接觸分析問題，它是非線性問題的一種。對(duì)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(duì)稱，為了提高計(jì)算效率，可以進(jìn)一步只取右半邊來分析。
為了保證接觸收斂，在加載時(shí)，使用兩個(gè)分析步，第一個(gè)分析步加載10N，第二個(gè)分析步加載到6KN。

【ABAQUS6.14的求解過程】

1 創(chuàng)建部件

本步驟要?jiǎng)?chuàng)建圓形薄片和矩形板，由于對(duì)稱，都只創(chuàng)建一一半。

對(duì)于圓形薄片，使用解析剛體，以表達(dá)其不可變形的效果。

對(duì)于矩形板，使用二維實(shí)體。

此外，對(duì)于解析剛體需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)參考點(diǎn)，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(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，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(gè)二維平面內(nèi)的解析剛體，只用四分之一圓弧線表達(dá)。結(jié)果如右下圖。

（3）指定圓形薄片的參考點(diǎn)。

這里指定該四分之一圓弧最下面的接觸點(diǎn)作為參考點(diǎn)。

2 創(chuàng)建材料和截面屬性

只需要?jiǎng)?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(gè)分析步，第一個(gè)分析步加載10N，第二個(gè)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(gè)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(duì)于某兩個(gè)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(gè)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(gè)步驟創(chuàng)建的Nofriction接觸屬性。

此時(shí)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(duì)于圓形薄片，用參考點(diǎn)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(dòng)為零。

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

在第一個(gè)分析步，對(duì)參考點(diǎn)加向下的集中力10N

在第二個(gè)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(diǎn)的水平位移，面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)為零。