Approcci di modellizzazione per connessioni a legame di schiavitù utilizzando FEM

Articolo tecnico

Per indagini più dettagliate sulle connessioni a legame di taglio o sul loro ambiente immediato, le specifiche del problema di contatto non lineare svolgono un ruolo importante. Questo articolo utilizza un modello solido per cercare modelli di superficie comparabili e semplificati.

Per connessioni con piastre frontali rigide con sollecitazioni di flessione predominanti, si può presumere che nessuna distorsione (parziale ellittica) del foro sia stabilita nell'area delle viti. Pertanto, per la modellazione, i fori sono spesso chiusi con superfici rigide o mediante una ruota a raggi (fatta di aste rigide). Le viti quindi si connettono come barre di raggio, poiché è necessaria principalmente la rigidità assiale.

Tuttavia, è diverso nei collegamenti a taglio, in cui la trasmissione di potenza avviene mediante una forza di taglio della vite e una forza di pressione su solo una parte della parete di perforazione del foglio. Di seguito, è possibile trovare un approccio di modellazione per una lamiera sollecitata in modo centrico.

Figura 01 - problema

Nel modello di riferimento iniziale, sia la lamiera che la vite erano mostrate come un solido. Per il problema di contatto non lineare tra il corpo del bullone e la superficie del foro interno del foglio, sono stati definiti volumi di contatto sottili con cedimento alla tensione.

Figura 02 - il modello di volume

Modello di confronto 1: Modello di superficie con una ruota a raggi fatta di aste rigide

Nel suo asse longitudinale, il bullone è rappresentato per mezzo di un'asta della barra e il diametro per mezzo di aste rigide. Qui, la ruota a raggi deve essere generata molto delicata, per catturare quasi esattamente il cambiamento tra il contatto di pressione e il giunto aperto. Le aste ricevono un giunto di momento sul muro del foro. La proprietà di contatto non lineare viene realizzata con la non linearità dello stelo "guasto al treno". In alternativa, il giunto all'estremità dell'asta locale potrebbe essere dotato della non linearità "fisso se N negativo". Affinché le aste rigide portino il minor carico possibile sulla forza laterale e il sistema rimane comunque stabile, viene utilizzato un coefficiente di attrito (come con il modello solido) di 0,01.

Figura 03 - Modello di confronto 1

Modello di confronto 2: Modello di superficie con una ruota a raggi di barre di raggio

Modellazione come modello di confronto 1, solo con la differenza che la ruota a raggi viene eseguita con barre di raggio. Per utilizzare rigidezze approssimativamente corrette, si assume che le dimensioni della sezione trasversale della barra siano lo spessore areale e la spaziatura delle barre sulla parete del foro.

Figura 04 - Modello di confronto 2

Modello di confronto 3: Modello di superficie con tipo di area "Membranzugzugfrei"

Invece della ruota a raggi, ora viene inserita un'area. Poiché esiste un modello relativamente massiccio, la nuova area è impostata al doppio dello spessore dell'area. La rigidità di tipo superficiale viene scelta come "senza membrana". Possono essere trasmessi solo forze e momenti di compressione. Quando si verificano forze di trazione della membrana, gli elementi FE corrispondenti falliscono.

Figura 05 - Modello di confronto 3

Modello di confronto 4: Modello di superficie con rilascio di linea

Anche in questo modello, il foro è chiuso con una superficie. Per la trasmissione di potenza non lineare, viene ora utilizzato un rilascio di linea con la non linearità "fisso se vz negativo". Di nuovo, gli altri gradi di libertà traslazionali sono dotati di un basso attrito.

Figura 06 - Modello di confronto 4

Confronto e conclusione

I modelli di superficie sono preferibili al modello di volume a causa del loro minore sforzo di modellazione e del tempo di calcolo molto più breve.

Quando si confrontano i risultati, è sorprendente che a causa della rigidità sovrastimata, il primo modello di confronto fornisce le deformazioni più basse. L'applicazione delle rigidezze approssimative attraverso le sezioni trasversali e l'uso del rilascio della linea offrono solo spostamenti leggermente maggiori rispetto al modello di volume.

Il modello con la caratteristica "senza membrana" fornisce le deformazioni più grandi, ma è il metodo più veloce in termini di modellazione. Per impostazione predefinita, questa proprietà utilizza cinque livelli di carico, il che allunga il tempo di calcolo.

Figura 07 - Deformazioni dei risultati

Se si confronta lo stress di confronto dei quattro modelli di superficie, allora le tensioni sono quasi congruenti e paragonabili alle tensioni di volume.

Figura 08 - Tensioni sui risultati

Parole chiave

Connessioni cesoiamento modellazione

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