基于ABAQUS的球销的屈曲破坏数值模拟
初衷:
学习ABAQUS的初衷是为了在工作中分析一下螺栓齿的啮合和金属缩径的过程。初步入手发现是一脸懵逼,我连从哪儿进去怎么开始分析都不知道,后来我找到了宝典,到是真想好好学习一下这一块了,故而在这里记录一下,有些方法免得自己后来忘记。反正公司配的I3 Dell我也没什么脾气,就让他自己先算着,我顺便写一篇软文。
球销模型建立
要分析球销,我选择在Solidworks中进行建模。当然常规方法,草图旋转就得到想要的模型。不过还是需要注意一点:
*建模的时候,最好是在全局坐标系XYZ处建立球销的一段顶点,这样在导入ABAQUS后坐标系会自动追踪到与SOLIDWOKS同样的位置,会为后续的Ref Point的建立带来方便,也会给划分网格分割面的建立带来很多方便。
Sphere Bolt_Solidworks2021
第二步,将模型转化为step准备导入即可。
ABAQUS模型分析
模型导入与网格划分
参考了 江丙云 《ABAQUS 分析之美》2.2问题的球销的分析过程。在导入模型后首先考虑网格的划分。我的理解是,如果网格先做的好,后面的分析过程也都顺理成章。如果万一网格画残废了,你还可以新建也不耽误时间,所以我赞成这种先网格后定义属性的操作。
这个模型划分网格的难点:
(1)非规则模型,需要分割面;
(2)分割面之前需要定义参考轴和参考面;
解决第二个问题:定义轴和参考面
将Module开到Mesh选项,然后在左侧工具栏倒数第五排找到 Creat Datum Axis—Axis of Cylinder,如下图所示。在点选球销后端圆柱轴的时候,会生成黄颜色轴线。
然后定义参考面。这里点选倒数左侧工具图标的倒数第四栏,然后选择Create Datum Plane offset from plane ,也即通过点选已知平面偏移距离后生成新的平面。这一步操作后得到锥度面大端处的平面。
完成这一步后,还需要生成XYZ三坐标面。同样也是在该坐标下实现。这两步完成好,为后续分割面做准备。如下图所示。
解决第一个问题:分割面
其实这里我是迷糊的,至少还不清醒。基本实现的方法是Partition Cell --Use Datum Plane,也即通过定义平面来分割子实体。所以按照提示,在点选这个图标后,就一步步选择上一步做好的多个平面,最后将球销分割成成对称分布的多部分,此时,也会发现球销的颜色变成了黄色。黄颜色提示在划分网格的时候,是可以采用Sweep的六面体方法进行网格划分。
中间可能会遇到一些问题,比如你在分割后发现球销左右两端比较规则的部分变成了黄颜色,但是锥度大沟槽的位置是橙色,也即中间部分不能实现Sweep的划分,反正我是在这个过程中苦恼了一会儿,转而静下心来,我采用了以下的方法:
还是通过此处的分割面命令,然后采用选择edge+point,也就是选择边线和点的方式对未分隔成功的面在进行分割,最终我是成功的将球销进行了网格的划分。
添加属性
添加属性操作。点击应力-应变曲线图标后,选择材料的弹塑性,因为这里参照书上给的40Cr,所以使用了杨氏模型210000,泊松比0.3,弹性屈服应力918MPa,塑性变形应力0。建好后,就是定义截面,分配属性,当操作完成后,Part 变成了绿色表示分配完成。
添加装配属性
这一步很简单,将工作定位到Assembly ,选择第一个图标分配属性,选择Part即可。此时,球销的颜色将变成蓝色。
添加分步Step
通过step定义分析类型,这里是屈曲分析,也就是不管输入load的大小,程序一直计算到球销失效为止,因此这里选用statics riks选项。
交互作用力interaction与施加约束Load
定义时,采用了集中载荷点约束。也即在全局坐标系的原点,也就是球销的端部处,通过Create Reference Point实现,建立参考点RP1后,选择球销球面四瓣,实现集中载荷约束。操作如下所示。
这里需要注意在建立约束点后,考虑到球销周侧是约束的,也即球销在xyz三个方向的平移自由度是固定死的,而在除了与轴线平行方向有转动自由度外,其他方向自由度是约束死的,因此,这里针对该坐标系下的自由度约束如下所示,
在施加载荷的位置,也即RP1的位置,给定集中荷载,如下图所示。
提交作业Job
在完成以上操作后,可以在output定义输出量,然后submit作业即可。同时通过monitor 可以来监控软件的计算过程。当最终显示complete后即可。
后处理Result
我的电脑在我写到这里的时候算是算完了,当点选Result后,进入可视化界面,如下图所示。
剩下的重点就是结果分析,因需要而定,这里不再多说了。
总结
1.模拟实现的关键在于网格划分;
2.集中荷载和正确的边界条件约束;
3.需要一台好点的电脑!
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