книги / САПР изделий из композиционных материалов. Моделирование процессов деформирования и разрушения в среде ANSYS

Приложение 12

Динамический контакт двух полых сфер с учетом упругопластического деформирования

Постановка задачи

Моделируется столкновение двух одинаковых полых толстостенных сферических тел (внешний радиус 0,1 м, внутренний радиус 0,09 м). Начальные условия: одно тело находится в покое, другое имеет начальную скорость 30 м/с. Вследствие симметрии для решения задачи моделируется только сектор в 1/4 каждой сферы. Материал при этом считается упруго-пластическим, используется упрощенная изотропная билинейная модель упрочнения (BISO). Задача контактная, тип контакта: деформируемая поверхность – деформируемая поверхность.

Препроцессинг

1. Выбор типа анализа (для деактивации пунктов меню, не соответствующих данной задаче):

Main Menu Preferences Structural.

2. Формирование списка типов конечных элементов: Solid – для твердотельного моделирования, Conta и Target – для создания контактной пары:

Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add Structural

Solid Brick 8 node 45 Apply, Contact 3D Target 170 Apply, Contact 4nd surf 173 OK.

3. Описание вещественных констант:

Main Menu Preprocessor Real Constants Add Type 3 Conta

* Автор – К. Жеков, технический специалист CAD-FEM GmbH.

272

Penetration Tolerance FTOLN 0.05

(последний параметр – контрольная глубина проникновения в долях от характерного размера элемента, лежащего под контактной поверхностью)

OKClose.

4. Задание свойств материала (сталь) в единицах СИ.

Задание значений модуля упругости (ЕХ, Па), коэффициента Пуас-

273

Theta-1 0

Theta-2 90 OK.

Рис. П12.1. Описание упруго-пластической модели

Рис. П12.2. Геометрическая модель

274

5.2. Для того чтобы упростить в дальнейшем разбиение твердого тепа на гексаэдры при помощи функции Mapped Mesh, необходимо разбить твердое тело на геометрически простые составляющие, в данном случае на половины, топологически подобные трехгранным призмам. Для разрезки тела используется рабочая плоскость (Workplane), которая по умолчанию совпадает с плоскостью XY глобальной декартовой системы координат:

Main MenuPreprocessorModelingOperateDivideVolume by WrkplanePick All

Сделайте операцию по слиянию пограничных объектов:

Main Menu Preprocessor Numbering Ctrls Merge Items All OK

Lines NDIV No. of element divisions → 10.

Отобрать короткие (радиальные) контурные линии методом инвер-

5.5. Построение сеточной модели. Произвести разбиение тела на КЭ:

275

Main MenuPreprocessorMeshVolumesMapped4 to 6 Sided Pick All.

Скопировать тело и его сеточную модель с переносом на 0,25 м по

Рис. П12.3. Сеточная модель

5.6. Построение контактной пары.

Отобрать поверхность первого тела для формирования контактной поверхности:

Utility Menu Select EntitiesAreas By Num/Pick.

Выберите при помощи левой кнопки мыши поверхность А10 (внешняя) → OK

Отобрать все узлы на этой поверхности:

Utility Menu Select Entities Nodes Attached To -Areas, All- From Full Apply.

Отобрать из этих узлов подмножество узлов, предположительно соответствующее пятну контакта:

By Location Z coordinates0.05, 0.1 Reselect Apply.

Установить текущие атрибуты КЭ:

276

Num/Pick.

Выберите при помощи левой кнопки мыши (или введите номер в по-

TYPE Element type number → 2 Targe170 → OK.

Создайте элементы целевой поверхности контактной пары (рис. П12.5):

Main MenuPreprocessorCreateElementsSurf to SurfOK Pick All

Восстановите активность всех объектов:

Utility Menu Select Everything.

6. Граничные условия.

Условия симметрии на гранях, образованных «вырезанием» четвертинок полых сфер, в плоскостях XZ è YZ:

Main Menu Solution Loads Apply Symmetric BC on Areas,

или то же самое путем селекции узлов на этих гранях и приравнивания к нулю перемещений в направлении нормали к выбранной грани:

277

Main MenuSolutionLoadsApply DisplacementÎn Nodes → Pick All

→ UX → OK,

Utility Menu Selects Entities Nodes By Location →

Y coordinates → 0., 0. → From Full Apply,

Main Menu → Solution → Loads → Apply

→Displacement → On Nodes → Pick All

→UY → OK.

Восстановить активность всех объектов:

Utility Menu Select Everything, Utility Menu Plot Replot.

Решение

7. Выбор типа анализа (переходный динамический процесс):

Рис. П12.5. Контактная пара Main MenuSolutionAnalysis Type New AnalysisTransientOK.

7.1. Задание параметров расчета:

–применить полный метод решения;

–активировать геометрическую нелинейность, включая большие деформации:

Main Menu Solution Analysis Options Full OK

NLGEOM, Large Deform EffectsON OK.

7.2. Сохранить результаты расчета на каждом шаге по времени:

Main MenuSolutionLoad step optsOutput CtrlsDB/Results File Every Substep OK.

7.3. Задать общее время анализа (TIME, с), шаг по времени (DELTIM, с), минимальный и максимальный шаг по времени при автоматическом выборе программой:

Main MenuSolutionLoad step optsTime/FrequenceTimeTime Step →

278

7.4. Задать предельное число итераций на каждом шаге по времени

Обработка результатов расчета (постпроцессинг)

8. Использование основного и временного постпроцессоров. 8.1. Считать результаты с последнего шага решения:

Main Menu General Postproc Read Results Last set.

Отобрать только твердотельные элементы:

Utility Menu Select EntitiesElements

By Attributes → Element Type Num 1 Apply.

Показать изометрию:

Utility Menu Plot Ctrls Pan, Zoom, Rotate Bot Fit.

Построить анимацию эквивалентных напряжений:

Utility Menu Plot Ctrls Animate Dynamic Results Stress Von Mises OK.

279