Abaqus中連接單元的使用技巧

2017-01-20 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

多體系統(tǒng)是由多個(gè)剛體和柔體構(gòu)成,各個(gè)實(shí)體之間具有一定的約束關(guān)系和相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系,abaqus可以模擬多實(shí)體之間的運(yùn)動(dòng)狀況和相互作用關(guān)系。得到所關(guān)系部位的位移、速度、加速度、力、力矩等相關(guān)信息。如果模型中還包含柔體,還可以得到柔體上的應(yīng)力和應(yīng)變的分析結(jié)果。Abaqus模擬多體系統(tǒng)的基本思路是:通過2節(jié)點(diǎn)連接單元在模型的各個(gè)實(shí)體間建立連接,并通過定義連接屬性來描述各部分之間的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系和約束關(guān)系。

實(shí)例分析

一、問題描述

半徑為3.5mm的軸,在其一端有一個(gè)半徑為25mm,厚度為0.5mm的帶孔圓盤。軸線方向?yàn)槿肿鴺?biāo)系的3方向,圓盤所在平面與軸線垂直,圓盤繞軸轉(zhuǎn)動(dòng),圓盤與軸都是剛體,要求模擬圓盤的旋轉(zhuǎn)過程。如下圖所示:

Abaqus中連接單元的使用技巧abaqus有限元技術(shù)圖片1

二、狀態(tài)及分析結(jié)果

1、邊界條件:固定軸的參考點(diǎn)。使圓盤的頂部的點(diǎn)由A0移動(dòng)到A1處(即在全局坐標(biāo)系的1方向上移動(dòng)了10mm)。設(shè)定CU、CRF為歷史變量

分析結(jié)果:

Abaqus中連接單元的使用技巧abaqus有限元技術(shù)圖片2

Abaqus中連接單元的使用技巧abaqus有限元技術(shù)圖片3

通過分析可知,模型中節(jié)點(diǎn)的最大位移為10.42mm。兩個(gè)連接點(diǎn)之間只有繞局部坐標(biāo)系1方向上的旋轉(zhuǎn),故Cu1、Cu2、Cu3、CR2、CR3等于0。CR1=0.41rad。

Abaqus中連接單元的使用技巧abaqus有限元分析案例圖片4

由于在模型中沒有施加載荷,因此連接單元的反作用力和反作用力矩都近似為0。

Abaqus中連接單元的使用技巧abaqus有限元分析案例圖片5

若在設(shè)置邊界條件時(shí),同時(shí)選中U2,U3等自由度會造成模型的過約束,如圖 5所示。

Abaqus中連接單元的使用技巧abaqus有限元分析案例圖片6

過約束模型的結(jié)果如圖 6所示,從結(jié)果的數(shù)量級上可以看出反作用力和反作用力矩較大。

2、邊界條件:刪除在圓盤剛體參考點(diǎn)上施加的位移邊界條件,為連接單元中可用的相對運(yùn)動(dòng)分量UR1設(shè)定邊界條件為-0.41rad。

分析結(jié)果:

Abaqus中連接單元的使用技巧abaqus有限元分析案例圖片7

通過對比分析結(jié)果可知,對圓盤頂點(diǎn)施加位移和對連接單元的可運(yùn)動(dòng)分量施加位移邊界條件的效果是一樣的。

3、邊界條件:前面兩個(gè)狀態(tài)都是施加位移邊界條件,若將參考點(diǎn)上的位移邊界條件改為全局坐標(biāo)系1方向上的載荷10N。則由于模型本身沒有抵抗此載荷的剛度,則會出現(xiàn)收斂問題。

考慮到在定義連接單元屬性時(shí),可以在相對運(yùn)動(dòng)分量上定義多種連接單元行為,在本例中在可用的相對運(yùn)動(dòng)分量UR1上定義彈性行為D44=50N.mm/rad。設(shè)定CEF為連接單元的歷史輸出變量。它用來表示連接單元的彈性力F及彈性力矩M。它不同于連接單元的反作用力和反作用力矩。

分析結(jié)果:

Abaqus中連接單元的使用技巧abaqus有限元培訓(xùn)資料圖片8

Abaqus中連接單元的使用技巧abaqus有限元培訓(xùn)資料圖片9

通過計(jì)算,平衡時(shí)參考點(diǎn)坐標(biāo)的Y方向的值為6.53mm。故此時(shí)的力矩為Mload=10N*6.53mm=65.3N.mm,CEM1=D44*CUR1=50*1.3=65.322 N.mm,外載荷所產(chǎn)生的力矩Mload與連接單元的彈性力矩CEM1是相等的。

連接單元的反作用力與外載荷也達(dá)到了平衡,即系統(tǒng)的力也達(dá)到了平衡。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才