铆钉成型模拟在Abaqus中的实现

Abaqus Document帮助文档的2.3.1 节Rivet forming介绍铆钉成型模拟过程,有两种方法,纯拉格朗日法(pure Lagrangian)与CEL方法(coupled Eulerian-Lagrangian),拉格朗日方法的缺陷在于无法解决大变形问题,但是可以利用ALE技术(网格重划分),CEL方法可以很好地解决大变形问题,网格不动,材料在网格中移动。

Part,Property,Assembly,Mesh模块的建模过程省略,帮助文档提供了inp文件。

拉格朗日方法:


   拉格朗日方法的有限元模型
 

Step模块:

Explicit显示动力学分析步,分析时间为0.001s,场变量与历史输出变量为帮助文档默认。


   动力学分析步
 

Interaction模块:

通用接触的设置默认,接触属性为法向硬接触(Hard Contact),切向无摩擦(Frictionless)。也可以用面对面接触(Surface to Surface Contact),需要分别建立两个dies,plate与工件的接触。定义两个dies与plate为刚体。


   通用接触设置
 


   定义刚体
 

Load模块:

上模向下移动3mm,下模向上移动2mm,中间的plate约束6个自由度。


   载荷工况
 

Mesh模块:

C3D8R缩减积分单元,网格参数设置为软件默认。


   缩减积分单元
 

CEL方法:

CEL方法与拉格朗日方法在建模上有明显的不同,铆钉为欧拉体,建模时欧拉体的体积要大于铆钉的体积,然后从欧拉体中切分出铆钉的形状,如下图。


   CEL方法的有限元模型
 

分欧拉网格时要利用体积分数工具命令(工具栏,Discrete Filed,Volume Fracton Tool),先选择欧拉体,再选择铆钉模型(在菜单栏的Assembly中要将铆钉零件抑制掉)。但是CEL方法只能用通用接触。

Mesh模块:


   欧拉网格设置
 

后处理模块:

拉格朗日网格的扭曲比较严重,而且网格有明显的穿透现象。


   拉格朗日网格
 

CEL方法适合解决大变形问题,但是也有轻微穿透现象,网格密度越大,计算的结果越精确,但是CEL方法的计算时间很长,而且不能使用质量缩放。


   欧拉网格
 

总结:

CEL方法不仅可以应用于CEL分析,还可以用于解决大变形问题。

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