使用Abaqus進(jìn)行防水性能研究
2017-03-13 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
隨著技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)產(chǎn)品的防護(hù)等級(jí)要求越來越高,尤其是在電子產(chǎn)品中。例如,我們通常所說的IP防護(hù)等級(jí),IPXX,前一個(gè)數(shù)值代表防塵等級(jí),后一個(gè)數(shù)值代表防水等級(jí)。下圖為防水等級(jí)說明。
圖1 防水等級(jí)說明
好的手機(jī)已經(jīng)能夠做到防水等級(jí)8,放在1米水深30分鐘沒有水侵入。如何使用有限元軟件進(jìn)行防水性能的研究,為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)呢?以往我們總是通過接觸壓力判斷是否滲水:如果接觸壓力大于滲水時(shí)的臨界壓力,則防水性能可靠,否則不可靠。這種方法很容易理解,但是結(jié)論通常是不可靠的。Abaqus提供了一種名為壓力滲透(Pressure penetration)的方法,利用該方法可以進(jìn)行防水性能研究。本文通過一個(gè)例子講述如何使用壓力滲透,并通過結(jié)果說明以往的利用接觸壓力判斷是否滲水為什么不可靠。
圖2 分析模型
模型如圖所示,模型中包含兩個(gè)分析步:
Step1:底部剛性平板固定,頂部剛性平板施加向下的位移模擬壓縮;
Step2:左側(cè)表面施加流體壓力,并定義壓力滲透模擬頂部接觸的防水性能。
由于模型中的接觸比較多,可以使用通用接觸進(jìn)行定義,但是壓力滲透必須是基于接觸對(duì)定義的。定義方式如下:首先定義一個(gè)接觸對(duì),然后在接觸中選擇Pressure penetration,在彈出窗口中選擇之前定義的接觸對(duì)。
圖3 選擇Pressurepenetration
圖4 定義Pressurepenetration
其中:
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Region on Master 和Region on Master 分別為主面和從面暴露在流體下的節(jié)點(diǎn)。如果主面為解析面,主面節(jié)點(diǎn)為空。如果有多個(gè)滲透區(qū)域,可以通過+號(hào)進(jìn)行添加多個(gè);
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Critical Contact Pressure為臨界接觸壓力,一旦接觸壓力小于該臨界壓力,壓力滲透就開始發(fā)生。該值通常通過試驗(yàn)測(cè)試得到,本例設(shè)為0;
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Fluid Pressure為流體壓力,和圖2中定義的壓力一致;
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Penetration time:當(dāng)壓力滲透準(zhǔn)則滿足時(shí),如果立即施加全部的流體流體壓力,則接觸表面附近的應(yīng)變過大可能導(dǎo)致收斂困難。對(duì)于大應(yīng)變問題,也可能發(fā)生嚴(yán)重的網(wǎng)格畸變。因此,為了獲得平滑的解,流體壓力在該段時(shí)間內(nèi)從零慢慢地升高全部壓力載荷。可以為默認(rèn)的Ramp,也可以自定義幅值曲線。
分析結(jié)果:
第一個(gè)分析步結(jié)束時(shí)的頂部接觸壓力如下,如果按照以往的經(jīng)驗(yàn),接觸壓力大于0說明具有一定的防水能力。
圖5 頂部接觸壓力分布(第一個(gè)分析步結(jié)束時(shí))
實(shí)際上,在流體滲透的作用下,頂部已經(jīng)完全喪失了密封能力,如圖6,第二個(gè)分析步結(jié)束時(shí)的頂部接觸壓力分布,這時(shí)候的接觸壓力為0,流體已經(jīng)彎曲滲入了。
圖6 頂部接觸壓力分布(第二個(gè)分析步結(jié)束時(shí))
為了更為方便的觀察流體滲入的情況,可以將結(jié)果切換到滲透壓力(PPRESS)。從下圖可以明顯的觀察到頂部接觸面中流體的滲入情況,在分析步結(jié)束時(shí),接觸面之間已經(jīng)充滿了流體,也就是說完全喪失了防水能力。
圖7 流體滲透壓力分布(左圖分布時(shí)間為0.222,右圖為分析步結(jié)束時(shí))
結(jié)論:
Abaqus的Pressure penetration利用接觸對(duì)可以方便的定義,利用該功能可以很方便的研究結(jié)構(gòu)的密封性能。通過CSTRESS和PPRESS變量輸出結(jié)果,可以方便的查看流體滲透情況。
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