某悬臂梁变形过程中的接触分析

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        在某些情况下,物体之间刚开始并没有接触,但是随着物体变形的增大,物体之间发生了接触,下面以某悬挑的两根梁为例,简要模拟该过程。

        如图所示的两根悬臂梁,材料为钢材,长度均为0.4m,截面尺寸均为50mmX20mm,两根梁沿高度方向在中间有10mm的间隙,上根梁顶部承受均布荷载P,随着荷载P的逐渐增大,上部梁变形增加,当超过中间间隙时,会与下部梁接触进而一起发生变形,结构的受力体系发生变化。

某悬臂梁变形过程中的接触分析

        采用ANSYS模拟该过程,实体单元Solid186模拟梁体,Conta174和Targe170单元模拟接触,并且不考虑在该过程中的摩擦作用,以及结构自重的影响。

        在该问题的建模过程中,需要注意的事项如下:

        1) 为减少计算量,可以估计出接触的区域,然后通过工作平面切分,在接触区域适当加密网格,在非接触区域可稍微增大网格尺寸。

        2)接触刚度的设置。接触单元默认的接触刚度一般来讲适用于大多数的情况,但本问题明显存在弯曲大变形,此时默认的接触刚度并不一定适用,可以设置较小的接触刚度帮助收敛,但同时也可能因为较大的侵入而不收敛,设置单元选项Keyopt(10)=1,在每一迭代中更新接触刚度。

 命令流如下:

finish

/clear

/prep7

b=50

h=20

l=400

dt=10

et,1,solid186

et,2,conta174

et,3,targe170

keyopt,2,10,1

r,1

r,2

rmodif,2,3,0.01

mp,ex,1,2.1e5

mp,prxy,1,0.3

blc4,,,b,h,l

vgen,2,1,,,0,h+dt,0.8*l

wpoff,,,0.7*l

vsbw,all

wpoff,,,0.4*l

vsbw,all

wpcsys,-1

vatt,1,1,1

esize,5

mshkey,1

vmesh,all

nsel,s,loc,z,0.8*l,1.2*l

nsel,r,loc,y,h+dt

type,2

real,2

esurf

nsel,s,loc,z,0.7*l,l

nsel,r,loc,y,h

type,3

esurf

nsel,all

asel,s,loc,z,0

asel,a,loc,z,1.8*l

da,all,all

asel,s,loc,y,2*h+dt

sfa,all,1,pres,1.0

allsel,all

/solu

nlgeom,on

outres,all,all

nsubst,20

!pred,off

time,1

solve

/post1

plnsol,u,y

plnsol,s,z

!求接触合力

esel,s,type,,2

etable,fxi,nmisc,43

etable,fyi,nmisc,44

etable,fzi,nmisc,45

ssum

        结构各个时刻的位移云图如下:

time=0.05s

某悬臂梁变形过程中的接触分析

time=0.175s

某悬臂梁变形过程中的接触分析

time=0.2875

某悬臂梁变形过程中的接触分析

time=0.4563

某悬臂梁变形过程中的接触分析

time=1s

某悬臂梁变形过程中的接触分析

最终时刻的接触合力为:

某悬臂梁变形过程中的接触分析

结构中点竖向位移随时间的变化关系:

某悬臂梁变形过程中的接触分析

结构应力动画如下所示:

某悬臂梁变形过程中的接触分析

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