Abordagens de modelagem para conexões de cisalhamento-união usando FEM

Artigo técnico

Para investigações mais detalhadas de conexões de união por cisalhamento ou seu ambiente imediato, a especificação do problema de contato não linear desempenha um papel importante. Este artigo usa um modelo sólido para procurar modelos de superfície comparáveis e simplificados.

Para conexões rígidas da placa dianteira com tensão de flexão predominante, pode-se assumir que nenhuma distorção (elíptica parcial) do furo é estabelecida na área dos parafusos. Portanto, para a modelagem, os orifícios são frequentemente fechados com superfícies rígidas ou por meio de uma roda com raios (feita de hastes rígidas). Os parafusos então se conectam como hastes de feixe, já que principalmente a rigidez axial é necessária.

No entanto, é diferente nas ligações de mancal de cisalhamento, em que a transmissão de energia ocorre por uma força de cisalhamento do parafuso e uma força de pressão em apenas uma parte da parede de perfuração da folha. A seguir, é possível encontrar uma abordagem de modelagem para uma chapa metálica de tensão centralizada.

Figura 01 - problema

No modelo de referência inicial, tanto a chapa quanto o parafuso foram mostrados como um sólido. Para o problema de contato não linear entre o corpo do parafuso e a superfície do furo interno da folha, foram definidos volumes de contato finos com falha na tensão.

Figura 02 - volume modelo

Modelo de comparação 1: Modelo de superfície com uma roda raiada feita de hastes rígidas

Em seu eixo longitudinal, o parafuso é representado por meio de uma barra de barra e o diâmetro por meio de hastes rígidas. Aqui, a roda com raios deve ser gerada muito delicada, para capturar a mudança entre o contato de pressão e a junta quase exatamente. As hastes recebem um momento de junção na parede do furo. A propriedade de contato não linear é realizada com a não linearidade da haste "falha no trem". Alternativamente, a articulação local da extremidade da haste pode ser fornecida com a não linearidade "fixa se N negativa". Para que as hastes rígidas carreguem a menor carga possível sobre a força lateral e o sistema permaneça estável, um coeficiente de atrito (como no modelo sólido) de 0,01 é usado.

Figura 03 - Modelo de comparação 1

Modelo de comparação 2: Modelo de superfície com uma roda de raios de hastes

Modelagem como modelo de comparação 1, apenas com a diferença de que a roda com raios é executada com barras de feixe. Para usar rigidezes aproximadamente corretas, presume-se que as dimensões da seção transversal da barra sejam a espessura de área e o espaçamento das barras na parede de perfuração.

Figura 04 - Modelo de comparação 2

Modelo de comparação 3: Modelo de superfície com tipo de área "Membranzugzugfrei"

Em vez da roda raiada, uma área é agora inserida. Como existe um modelo relativamente massivo, a nova área é definida com o dobro da espessura da área. A rigidez do tipo de superfície é escolhida para ser "livre de membrana". Apenas forças e momentos de compressão podem ser transmitidos. Quando as forças de tensão da membrana ocorrem, os elementos FE correspondentes falham.

Figura 05 - Modelo de comparação 3

Modelo de comparação 4: Modelo de superfície com liberação de linha

Também neste modelo, o buraco é fechado com uma superfície. Para a transmissão de energia não-linear, um lançamento de linha com a não-linearidade "fixed if vz negative" é agora usado. Novamente, os outros graus de liberdade de translação são fornecidos com uma baixa fricção.

Figura 06 - Modelo de comparação 4

Comparação e conclusão

Os modelos de superfície são preferíveis ao modelo de volume, devido ao menor esforço de modelagem e ao menor tempo de computação.

Ao comparar os resultados, é surpreendente que, devido à rigidez superestimada, o primeiro modelo de comparação forneça as deformações mais baixas. A aplicação das rigidezes aproximadas entre as seções transversais, bem como o uso da liberação de linha, fornece deslocamentos apenas ligeiramente maiores do que o modelo de volume.

O modelo com a característica "livre de membrana" fornece as maiores deformações, mas é o método mais rápido em termos de modelagem. Por padrão, essa propriedade usa cinco níveis de carga, o que aumenta o tempo de cálculo.

Figura 07 - Resultados deformações

Se compararmos o estresse de comparação dos quatro modelos de superfície, então as tensões são quase congruentes e comparáveis às tensões de volume.

Figura 08 - Resultados das tensões

Palavras-chave

Conexões cisalhamento modelagem

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