Abaqus中連接單元的使用技巧

2017-01-20  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

多體系統是由多個剛體和柔體構成,各個實體之間具有一定的約束關系和相對運動關系,abaqus可以模擬多實體之間的運動狀況和相互作用關系。得到所關系部位的位移、速度、加速度、力、力矩等相關信息。如果模型中還包含柔體,還可以得到柔體上的應力和應變的分析結果。Abaqus模擬多體系統的基本思路是:通過2節點連接單元在模型的各個實體間建立連接,并通過定義連接屬性來描述各部分之間的相對運動關系和約束關系。

實例分析

一、問題描述

半徑為3.5mm的軸,在其一端有一個半徑為25mm,厚度為0.5mm的帶孔圓盤。軸線方向為全局坐標系的3方向,圓盤所在平面與軸線垂直,圓盤繞軸轉動,圓盤與軸都是剛體,要求模擬圓盤的旋轉過程。如下圖所示:

二、狀態及分析結果

1、邊界條件:固定軸的參考點。使圓盤的頂部的點由A0移動到A1處(即在全局坐標系的1方向上移動了10mm)。設定CU、CRF為歷史變量

分析結果:

通過分析可知,模型中節點的最大位移為10.42mm。兩個連接點之間只有繞局部坐標系1方向上的旋轉,故Cu1、Cu2、Cu3、CR2、CR3等于0。CR1=0.41rad。

由于在模型中沒有施加載荷,因此連接單元的反作用力和反作用力矩都近似為0。

若在設置邊界條件時,同時選中U2,U3等自由度會造成模型的過約束,如圖 5所示。

過約束模型的結果如圖 6所示,從結果的數量級上可以看出反作用力和反作用力矩較大。

2、邊界條件:刪除在圓盤剛體參考點上施加的位移邊界條件,為連接單元中可用的相對運動分量UR1設定邊界條件為-0.41rad。

分析結果:

通過對比分析結果可知,對圓盤頂點施加位移和對連接單元的可運動分量施加位移邊界條件的效果是一樣的。

3、邊界條件:前面兩個狀態都是施加位移邊界條件,若將參考點上的位移邊界條件改為全局坐標系1方向上的載荷10N。則由于模型本身沒有抵抗此載荷的剛度,則會出現收斂問題。

考慮到在定義連接單元屬性時,可以在相對運動分量上定義多種連接單元行為,在本例中在可用的相對運動分量UR1上定義彈性行為D44=50N.mm/rad。設定CEF為連接單元的歷史輸出變量。它用來表示連接單元的彈性力F及彈性力矩M。它不同于連接單元的反作用力和反作用力矩。

分析結果:

通過計算,平衡時參考點坐標的Y方向的值為6.53mm。故此時的力矩為Mload=10N*6.53mm=65.3N.mm,CEM1=D44*CUR1=50*1.3=65.322 N.mm,外載荷所產生的力矩Mload與連接單元的彈性力矩CEM1是相等的。

連接單元的反作用力與外載荷也達到了平衡,即系統的力也達到了平衡。

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