Abaqus螺栓失效模拟分析

Part模块:

为减少计算量,只建立1/2的模型。模型中共4个零件,2个螺栓,1个顶板,1个底板。


   螺栓
 


   顶板
 


   底板
 

Property模块:

三个Part的材料均为钢材,区别在于定义的属性不同。由于螺栓发生断裂失效,所以应定义损伤参数,密度为7.85e-9t/mm3,弹性模量为2.1E5,泊松比为0.3,塑性参数(塑性参数中考虑到了应变率)较多,无法列举,损伤参数使用ductile damage(柔性损伤)与shear damage(剪切损伤),失效位移为0.1mm。顶板的吊耳处施加载荷,不考虑损伤但是考虑塑变,需定义密度,弹性模量,泊松比与塑性参数。底板变形不大,只定义密度,弹性模量与泊松比。

Assembly模块:


   有限元模型
 

Step模块:

Explicit显式动力学分析步,分析时间为0.01s,质量缩放系数为4,相当于计算速度增大2倍,质量缩放一定不能设置的非常大,虽然可以加快计算速度,但是也很可能导致你计算直接报错。为减少计算机资源,减少场变量与历史变量的输出选项,但是场变量要勾选STATUS,因为涉及到材料损伤。


   显示动力学分析步
 


   质量缩放系数
 

Interaction模块:

共建立了5个接触对,均使用surface-to-surface-contact面对面接触,接触算法为Penalty罚接触方式(可以多核计算),接触滑移为有限滑移(Finite sliding),小滑移(small sliding)的滑移量较小,不超过1个网格,静力学分析更要正确选择接触滑移的方式,否则容易不收敛。

接触属性为法向硬接触(Hard Contact),切向罚摩擦接触,摩擦系数为0.1。


   顶板与底板的接触
 

两个螺栓分别与顶板接触,只列举1个。


   螺栓与顶板的接触
 

两个螺栓分别与顶板螺栓孔接触,只列举1个。


   螺栓与顶板螺栓孔的接触
 

螺栓与底板螺栓孔Tie连接,相当于绑定,螺栓与底板的螺栓孔固定。


   螺栓与底板螺栓孔Tie连接
 


   吊耳处Coupling约束
 

Load模块:


   重力载荷
 


   X方向对称约束
 


   底面固定(实体单元只有3个自由度)
 

工况1:

Coupling中心点处施加Z方向18mm的强制位移并定义幅值曲线,在0到0.008s时,载荷线性增加即在0.008s时,Z方向的位移已经达到18mm,0.008s到0.01s时,位移不再增加。


   强制位移
 


   Amp-2幅值曲线
 

工况2:

Coupling中心点处施加Z方向23KN的集中力并定义Amp-1幅值曲线,力的幅值曲线定义与唯一不同,0到0.008s时载荷线性增加达到最大,0.008s到0.085s时,力迅速衰减到0,0.085s到0.01s,力为0,力的大小需要自己不断调试。


   集中力载荷
 


   Amp-1幅值曲线
 

Mesh模块:

网格的属性默认(C3D8R缩减积分单元),为了划分六面体网格,还是把模型切分一下比较好。

Visualization模块:

工况1(强制位移):


   位移载荷
 

工况2(集中力):集中力的大小不好控制,但是我个人感觉施加集中力的方法更符合工程实际吧。而且从动画中可以看出,在0.085s后集中力降为0,由于惯性存在顶板还有运动趋势,可以尝试将计算时间增大,效果可能会更好。


   集中力载荷
 

GIF


   工况1(强制位移载荷)
 

GIF


   工况2(集中力载荷)
 


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