abaqus滑動(dòng)摩擦分析
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-02-27
abaqus滑動(dòng)摩擦分析的視頻教程
ABAQUS案例-摩擦生熱及熱力耦合分析
在出現(xiàn)相對(duì)（摩擦）運(yùn)動(dòng)的工程問(wèn)題中，相對(duì)（摩擦）運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生熱或溫度，例如對(duì)于橡膠或密封圈，此時(shí)熱或溫度會(huì)與結(jié)構(gòu)應(yīng)力相互耦合，因此需要進(jìn)行多物理中的熱力耦合分析。本課程介紹了在ABAQUS中如何計(jì)算相對(duì)（摩擦）運(yùn)動(dòng)生熱及相應(yīng)的熱力耦合分析。
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abaqus滑動(dòng)摩擦分析的實(shí)例教程
Tribo-X計(jì)算軟件考慮摩擦學(xué)問(wèn)題中的多種影響因素，解決傳統(tǒng)CAE計(jì)算困難，計(jì)算速度慢的問(wèn)題，精確考慮各種特性對(duì)摩擦學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，包括混合摩擦、湍流效應(yīng)、微觀粗糙表面、氣穴等。
Tribo-X可以計(jì)算潤(rùn)滑系統(tǒng)的應(yīng)變、摩擦和溫度等；是一個(gè)“數(shù)字放大鏡”，查看摩擦接觸的內(nèi)部，更好的理解整個(gè)接觸過(guò)程。Tribo-X專門(mén)的后處理軟件生成2D和3D圖表，并輸出用戶所需的數(shù)據(jù)、圖片或視頻。本文以一個(gè)典型滑動(dòng)軸承為例，使用Tribo-X求解器進(jìn)行分析計(jì)算。該軸承使用注油孔注入潤(rùn)滑油。
前處理設(shè)置
計(jì)算所使用的幾何參數(shù)和載荷參數(shù)如表1所示，表面參數(shù)及溫度參數(shù)如表2所示。Tribo-X的前處理輸入不同于常用的仿真軟件，是采用輸入文件的方式。在輸入文件的模板中，根據(jù)提示填寫(xiě)參數(shù)。
表1 軸承參數(shù)
如圖所示。需要設(shè)置軸承的固定支撐面，輸入材料的楊氏模量和泊松比，用于評(píng)估軸承的彈性變形行為；輸入材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)和比熱容，用于計(jì)算潤(rùn)滑間隙溫度和固體表面溫度。輸入以上參數(shù)，建立有限元模型，提取柔度矩陣。
圖 滑動(dòng)軸承的有限元模型
考慮摩擦學(xué)中的微觀流體動(dòng)力學(xué)和出現(xiàn)的固體接觸和液體接觸同時(shí)存在的情況，需要定義表面粗糙度進(jìn)行計(jì)算。本案例中使用解析法定義表面粗糙度，所需輸入的材料參數(shù)如下：
表2 軸承表面參數(shù)及溫度參數(shù)
計(jì)算結(jié)果展示
考慮熱彈流體動(dòng)力學(xué)更能真實(shí)的反應(yīng)軸承的運(yùn)動(dòng)特性。Tribo-X的結(jié)算結(jié)果中，可以使用3D圖表的方式，觀察分析軸承的各個(gè)場(chǎng)變量分布，可以通過(guò)極圖的方式更加直觀的得到計(jì)算結(jié)果。
展開(kāi) 密封圈與金屬物件的摩擦生熱是工程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，由于橡膠導(dǎo)熱性差，摩擦產(chǎn)熱會(huì)累積在密封圈內(nèi)部而傳不出去，使得溫度升高，對(duì)密封圈的密封性能和使用壽命都產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本實(shí)例（附件為inp文件）為利用熱傳學(xué)原理及超彈性理論，采用ABAQUS軟件進(jìn)行的密封圈多物理場(chǎng)分析。
圖 2 連續(xù)梁橋的ABAQUS數(shù)值模型
(a) C60混凝土
(b) HRB400鋼筋
圖3 材料本構(gòu)
支座采用雙線性支座模型和可變摩擦支座模型，如圖4所示。在圖4（b）中，可變摩擦支座模型采用僅受壓的數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬支座豎向力-位移關(guān)系。在水平方向上，摩擦力隨豎向力的變化而變化，其力學(xué)計(jì)算表達(dá)式見(jiàn)下式，其中FH(t)為水平摩擦力，μ為摩擦系數(shù)，W(t)為垂直力，DH為滑動(dòng)位移。當(dāng)出現(xiàn)支座與主梁分離，即W(t) = 0，則摩擦恢復(fù)力FH(t)必為零，更符合地震作用下盆式橡膠支座的實(shí)際性能表現(xiàn)。
(a)雙線性支座模型
(b)可變摩擦支座模型
圖4 兩種支座力學(xué)模型
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地震動(dòng)選擇、IR選擇
根據(jù)該橋的場(chǎng)地條件，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震(DBE)、罕遇地震(MCE)對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)峰值加速度（PGA）分別為0.2g和0.34g。本文根據(jù)目標(biāo)反應(yīng)譜擬合得到七條人工波作為地震輸入。
在增量動(dòng)力分析中，地震波分別從豎向和水平向兩個(gè)方向輸入，將水平向PGA取為0.34g，作為恒定輸入。并定義豎向PGA與水平PGA的比值為豎向水平分量比IR，IR作為本次增量動(dòng)力分析的地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)。近些年一些典型強(qiáng)震的地震動(dòng)研究表明大震的IR往往大于1，因此本文研究IR從0按照0.15的間距增加至3的連續(xù)梁橋地震響應(yīng)。
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分析結(jié)果
本文主要探究?jī)煞N支座模型在豎向地震作用下支座性能及橋墩地震響應(yīng)的差異。
展開(kāi) ABAQUS-靜動(dòng)態(tài)接觸分析中常用材料之間的摩擦系數(shù)
ABAQUS-靜動(dòng)態(tài)接觸分析中常用材料之間的摩擦系數(shù).doc
Abaqus有非常豐富的單元庫(kù)，其中就有軸對(duì)稱單元，比如CAX4（I/R/H/T），當(dāng)一個(gè)回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)具有某種載荷對(duì)稱性時(shí)，可以用它將三維模型縮減為軸對(duì)稱模型來(lái)分析，能減少大量的內(nèi)存和分析時(shí)間，而同樣的模型規(guī)模，3D實(shí)體單元要更耗費(fèi)計(jì)算資源。
那么，回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)受到側(cè)向彎曲或軸向扭轉(zhuǎn)的載荷時(shí)，有沒(méi)有類似的單元可以用呢？
橡膠阻尼器的內(nèi)摩擦生熱分析-節(jié)點(diǎn)溫度云圖
比如，假設(shè)上圖中的阻尼器不再是長(zhǎng)方體，而是回轉(zhuǎn)體，且發(fā)生軸向扭曲變形，那么能不能用軸對(duì)稱單元來(lái)建模呢？
答案是可以的，在Abaqus的軸對(duì)稱單元系里還有一種可考慮Twist的單元，即帶字母G標(biāo)識(shí)的那種類型，能夠在分析時(shí)充分考慮回轉(zhuǎn)體的整體扭轉(zhuǎn)變形。
首先，我們可以在part模塊使用Axisymmetric建立環(huán)形塊狀阻尼器的回轉(zhuǎn)截面；然后在mesh模塊劃分好四邊形網(wǎng)格；最后，定義單元類型為CGAX4T，即帶扭曲的4節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱位移-溫度耦合單元。
這里的橡膠阻尼器材料本構(gòu)采用的是超彈性模型，應(yīng)變能描述形式為Neo Hooke，再結(jié)合時(shí)域黏彈性Prony參數(shù)與非彈性變形能耗散比，來(lái)計(jì)算阻尼器周期性扭轉(zhuǎn)過(guò)程中的材料內(nèi)摩擦生熱。
阻尼器上、下兩個(gè)端面的節(jié)點(diǎn)分別使用位于回轉(zhuǎn)軸上的兩個(gè)參考點(diǎn)來(lái)耦合，固定下端面參考點(diǎn)，并在上端面參考點(diǎn)施加軸向的周期性扭角位移。
阻尼器的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)格-單元
雖然建模時(shí)只考慮了回轉(zhuǎn)截面，但是帶扭曲的軸對(duì)稱單元可以將回轉(zhuǎn)體發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)的整體結(jié)構(gòu)響應(yīng)考慮在內(nèi)，這是因?yàn)檫@種單元多了一個(gè)扭轉(zhuǎn)自由度5，拿本例中的位移-溫度耦合單元CGAX4T來(lái)說(shuō)，該單元的節(jié)點(diǎn)具有1、2、5和11四個(gè)自由度。
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abaqus滑動(dòng)摩擦分析的最新內(nèi)容
本文是《Advances in Bridge Engineering》最新發(fā)表英文論文的摘錄稿，簡(jiǎn)要介紹原文的研究意義、過(guò)程和方法以及主要結(jié)論。采用中文摘錄稿的形式，方便閱讀，節(jié)約讀者時(shí)間。感興趣的讀者，請(qǐng)點(diǎn)擊文末左下方“閱讀原文”，可免費(fèi)下載英文全文。
Tribo-X計(jì)算軟件考慮摩擦學(xué)問(wèn)題中的多種影響因素，解決傳統(tǒng)CAE計(jì)算困難，計(jì)算速度慢的問(wèn)題，精確考慮各種特性對(duì)摩擦學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，包括混合摩擦、湍流效應(yīng)、微觀粗糙表面、氣穴等。
Tribo-X可以計(jì)算潤(rùn)滑系統(tǒng)的應(yīng)變、摩擦和溫度等；是一個(gè)“數(shù)字放大鏡”，查看摩擦接觸的內(nèi)部，更好的理解整個(gè)接觸過(guò)程。Tribo-X專門(mén)的后處理軟件生成2D和3D圖表，并輸出用戶所需的數(shù)據(jù)、圖片或視頻
ABAQUS-靜動(dòng)態(tài)接觸分析中常用材料之間的摩擦系數(shù)
ABAQUS-靜動(dòng)態(tài)接觸分析中常用材料之間的摩擦系數(shù).doc
密封圈與金屬物件的摩擦生熱是工程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，由于橡膠導(dǎo)熱性差，摩擦產(chǎn)熱會(huì)累積在密封圈內(nèi)部而傳不出去，使得溫度升高，對(duì)密封圈的密封性能和使用壽命都產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本實(shí)例（附件為inp文件）為利用熱傳學(xué)原理及超彈性理論，采用ABAQUS軟件進(jìn)行的密封圈多物理場(chǎng)分析。
Abaqus有非常豐富的單元庫(kù)，其中就有軸對(duì)稱單元，比如CAX4（I/R/H/T），當(dāng)一個(gè)回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)具有某種載荷對(duì)稱性時(shí)，可以用它將三維模型縮減為軸對(duì)稱模型來(lái)分析，能減少大量的內(nèi)存和分析時(shí)間，而同樣的模型規(guī)模，3D實(shí)體單元要更耗費(fèi)計(jì)算資源。
那么，回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)受到側(cè)向彎曲或軸向扭轉(zhuǎn)的載荷時(shí)，有沒(méi)有類似的單元可以用呢？
橡膠阻尼器的內(nèi)摩擦生熱分析-節(jié)點(diǎn)溫度云圖
比如，假設(shè)上圖中的阻尼器不再是長(zhǎng)方體
