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新手想以一个实例学习非线性接触分析,请各位能否给个思路

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leomusic 发表于 2009-2-19 10:46:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 三T上人 于 2016-7-22 20:08 编辑 <br /><br />橡塑往复密封有限元分析
橡塑构件模拟分析属于高度非线性问题,涉及到材料非线性、几何非线性、状态非线性。ANSYS有限元程序具有较强的非线性求解功能,本文使用Moon-Rivlin材料模型,通过试验数据拟合,给出了不同个数的Moon-Rivlin材料模型参数,对橡塑往复密封在装配条件、工作条件下的力学行为进行了数值模拟,给出了应力、应变、装配压力等分布图,计算结果具有较高的工程应用价值。
2 超弹性橡胶材料模型
2.1超弹性理论
橡胶是一种超弹性材料,具有良好的伸缩性和复原性,因而被广泛应用。相对于金属材料的性能表征只需要较少的参数,橡胶的特性就显得错综复杂。橡胶的材料特性和几何特性,都是呈非线性变化的。因而基于各向同性假说,用一个统一的数值来对橡胶进行表征具有重要意义,这个数值就叫应变能密度函数(W),该函数是一个应变或变形张量的标量函数,它对应变分量的导数就是相应的应力分量:
[S]=?W/?[E]
其中:[S]--- 第二Piola-Kirchhoff应力张量
W --- 单位体积的应变能函数
[E]--- Lagrangian应变张量
在ANSYS中,应变能密度函数用多项式表示为:
其中: akl----九参数三阶Mooney-Rivlin关系常数,k为体积模量。
k=2(a10+a01)/(1-2v)
当N=1时,二常数应变能密度函数展开式:
当N=2时,五常数应变能密度函数展开式:
当N=3时,九常数应变能密度函数展开式:
其中Ii是应变不变量,是一种与坐标系无关的应变表示法,使用他们就意味着材料被假定为各向同性的。超弹性材料的弹性变形是纯弹性应变,是一种保守行为,与加载路径无关。大多数超弹材料,特别是橡胶,都是几乎不可压的,不可压材料在静水压力下不产生变形,几乎不可压材料的泊松比一般在0.48到0.50之间。
2.2超弹性材料性能测定
Mooney-Rivlin是 ANSYS中一种适用于不可压缩的橡胶类材料选项,可以使用二、五、九个常数来描述材料特性。因此要想获得精确的计算结果,必需准确的计算Mooney-Rivlin常数。计算常数时,需要试验测试应力应变数据,而且是多种变形模式的试验数据的组合信息,至少测试数据要能代表计算模型中所有的的变形模态和响应范围。
对超弹性材料而言,六种变形模式能被用来精确定义Mooney-Rivlin常数,由于多向拉伸和静水压力作用在不可压材料上能导致不同的应力,却不能改变材料的形变,因此六种变形模式可简化为三种变形模式:单轴拉伸(等效的等双轴压缩)、单轴压缩(等效的等双轴拉伸)、剪切(平面拉伸或压缩)。

图1 等效的变形模式
根据以上超弹性材料变形模式的分析,选取单轴拉伸、单轴压缩、平面拉伸三种模式对橡胶进行材料性能测试。
2.3 Mooney-Rivlin常数计算结果
把试验数据输入ANSYS软件进行拟合,求解Mooney-Rivlin常数。

图2 二常数Mooney-Rivlin计算曲线与测试数据曲线(拉、压、剪)

图3 五常数Mooney-Rivlin计算曲线与测试数据曲线(拉、压、剪)

图 4 九个Mooney-Rivlin常数计算曲线与测试数据曲线(拉、压、剪)
3.橡塑往复密封件有限元模拟计算
3.1计算模型
采用典型的橡塑组合密封件作为计算模型。结构由三部分组成:上面聚四氟乙烯块;中间橡胶圈(O型、X型);底部为金属槽。
3.2材料模型
首先聚四氟乙烯材料为塑性材料,采用双线性随动强化材料模型来模拟,参数选取如下:
弹性模量:E=1.0GPa;屈服强度:σy=18MPa;屈服应变:ey=1.6%;切向模量:Et=0.12GPa; 泊松比:u=0.35。
橡胶选用Moon-Rivlin材料模型。
金属材料模型为简化计算,采用刚体模型。
3.3单元网格划分
橡胶材料采用HYPER74超弹性8节点单元,聚四氟乙烯材料采用PLANE82平面8节点单元。接触面单元选用CONTA172单元,靶面单元采用TARGE169单元。
3.4主要边界条件
装配条件下,橡胶圈纵向变形25%。
4.计算结果
经过计算,得出了橡塑组合密封件在装配条件下的位移分布云图、应力分布云图如图7-10。
给出O型胶圈与金属槽交接处沿X、Y方向的应力变化曲线:

图11 装配条件下组合密封件压件底部X、Y方向应力图
给出X型往复密封件在装配条件下的位移变形云图。

图12 X型往复密封件装配条件下变形图 图13 X型往复密封件工作条件下变形图

SOSO.CC
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ljmabcljm 发表于 2020-6-14 12:23:36 | 显示全部楼层
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风之子 发表于 2023-11-13 17:05:56 | 显示全部楼层
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