Modelowanie podejść do połączeń wiązań ścinanych za pomocą MES

Artykuł o tematyce technicznej

W przypadku bardziej szczegółowych badań połączeń wiązań ścinanych lub ich bezpośredniego otoczenia istotną rolę odgrywa specyfikacja nieliniowego problemu kontaktowego. W tym artykule zastosowano solidny model do wyszukiwania porównywalnych i uproszczonych modeli powierzchni.

W przypadku sztywnych połączeń płyty czołowej z przeważającym naprężeniem zginającym można założyć, że nie ma żadnego (częściowego eliptycznego) odkształcenia otworu w obszarze śrub. Dlatego do modelowania otwory są często zamknięte sztywnymi powierzchniami lub za pomocą koła szprychowego (wykonanego ze sztywnych prętów). Wkręty następnie łączą się jako pręty belkowe, ponieważ potrzebna jest głównie sztywność osiowa.

Inaczej jest jednak w połączeniach ścinających, w których przenoszenie mocy odbywa się za pomocą siły ścinającej śruby i siły nacisku tylko na część ścianki wytaczającej arkusza. Poniżej znajduje się podejście do modelowania blachy z naprężeniem centralnym.

Rysunek 01 - problem

W początkowym modelu odniesienia zarówno blacha, jak i śruba były pokazane jako bryła. W przypadku nieliniowego problemu styku pomiędzy korpusem śruby a wewnętrzną powierzchnią otworu blachy określono cienkie objętości styku z uszkodzeniem przy naprężeniu.

Rysunek 02 - Model przestrzenny

Porównanie modelu 1: Model powierzchniowy z kołem szprychowym ze sztywnych prętów

W osi podłużnej sworzeń jest reprezentowany za pomocą pręta prętowego i średnicy za pomocą sztywnych prętów. Tutaj, koło szprychowe musi być generowane bardzo delikatne, aby uchwycić zmianę między zestykiem ciśnieniowym a rozwartym złączem prawie dokładnie. Pręty otrzymują połączenie momentowe na ścianie otworu. Nieliniowa właściwość kontaktowa jest realizowana za pomocą „nieliniowości pręta w pociągu”. Alternatywnie, lokalne złącze końca pręta może być wyposażone w nieliniowość „ustaloną, jeśli N ujemna”. Aby sztywne pręty niosły jak najmniejsze obciążenie nad siłą boczną, a mimo to system pozostaje stabilny, stosuje się współczynnik tarcia (jak w modelu stałym) 0,01.

Rysunek 03 - Model porównawczy 1

Model porównawczy 2: Model powierzchniowy z szprychowym kołem prętów belkowych

Modelowanie jako model porównawczy 1, tylko z tą różnicą, że koło szprychowe jest wykonywane z belkami belkowymi. Aby użyć w przybliżeniu poprawnych sztywności, przyjmuje się, że wymiary przekroju poprzecznego pręta są grubością powierzchni i rozstawem prętów na ścianie wytaczanej.

Rysunek 04 - Model porównawczy 2

Model porównawczy 3: Model powierzchniowy z typem powierzchni „Membranzugzugfrei”

Zamiast koła szprychowego jest teraz wstawiany obszar. Ponieważ istnieje stosunkowo masywny model, nowy obszar jest ustawiony na dwukrotność grubości obszaru. Sztywność typu powierzchniowego jest wybrana jako „wolna od błon”. Mogą być przesyłane tylko siły i momenty ściskające. Gdy występują siły rozciągające membrany, odpowiednie elementy FE zawodzą.

Rysunek 05 - Model porównawczy 3

Model porównawczy 4: Model powierzchniowy z uwolnieniem linii

Również w tym modelu otwór jest zamknięty powierzchnią. W przypadku nieliniowego przenoszenia mocy stosuje się teraz zwolnienie linii o nieliniowości „ustalone, jeśli vz ujemne”. Ponownie, inne translacyjne stopnie swobody są zapewnione przy niskim tarciu.

Rysunek 06 - Model porównawczy 4

Porównanie i wnioski

Modele powierzchniowe są preferowane od modelu objętościowego ze względu na ich mniejszy wysiłek modelowania i znacznie krótszy czas obliczeń.

Porównując wyniki, uderzające jest to, że ze względu na zawyżoną sztywność pierwszy model porównawczy zapewnia najniższe odkształcenia. Zastosowanie przybliżonych sztywności w przekrojach poprzecznych, jak również użycie zwolnienia liniowego, daje tylko nieznacznie większe przemieszczenia niż model objętościowy.

Model o charakterystyce „bez membrany” zapewnia największe odkształcenia, ale jest najszybszą metodą modelowania. Domyślnie ta właściwość wykorzystuje pięć poziomów obciążenia, co wydłuża czas obliczeń.

Rysunek 07 - Odkształcenia wyników

Porównując naprężenia porównawcze czterech modeli powierzchniowych, napięcia są quasi przystające i porównywalne z napięciami objętościowymi.

Rysunek 08 - Napięcia wyników

Słowa kluczowe

Połączenia wiązanie ścinające modelowanie

Literatura

Do pobrania

Linki

Kontakt

Kontakt do Dlubal

Mają Państwo pytania lub potrzebują porady?
Zapraszamy do bezpłatnego kontaktu z nami drogą mailową, poprzez czat lub forum lub odwiedzenia naszej strony z FAQ z użytecznymi wskazówkami i rozwiązaniami.

+48 (32) 782 46 26

+48 730 358 225

info@dlubal.pl

RFEM Program główny
RFEM 5.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczeń płaskich i przestrzennych układów konstrukcyjnych, obejmujących płyty, ściany, powłoki, pręty (belki), bryły i elementy kontaktowe, z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES)

Cena pierwszej licencji
3 540,00 USD