使用FEM建立剪切 - 束缚连接的方法

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对于剪切键连接或其直接环境的更详细研究,非线性接触问题的规范起着重要作用。 本文使用实体模型来搜索可比较和简化的曲面模型。

对于具有主要弯曲应力的刚性前板连接,可以假设在螺钉区域中没有建立孔的(部分椭圆形)变形。 因此,对于建模,孔通常用刚性表面或通过辐条轮(由刚性杆制成)封闭。 然后螺钉作为梁杆连接,因为主要需要轴向刚度。

然而,剪切轴承连接是不同的,其中动力传递通过螺钉的剪切力和仅在片材的钻孔壁的一部分上的压力来进行。 在下文中,将找到用于中心应力金属板的建模方法。

图片 01 - 问题

在初始参考模型中,金属板和螺钉均显示为实心。 对于螺栓主体和板的内孔表面之间的非线性接触问题,定义了在张力下失效的薄接触体积。

图片 02 - 体积模型

比较模型1: 带有辐条轮的表面模型由刚性杆制成

在其纵向轴线上,螺栓通过杆杆表示,并且直径通过刚性杆表示。 在这里,必须生成非常精细的辐条轮,以便几乎准确地捕获压力接触和间隙接头之间的变化。 杆在孔壁上接收力矩接头。 非线性接触特性是通过杆非线性“列车故障”实现的。 或者,局部杆端关节可以具有非线性“如果N为负则固定”。 因此,刚性杆在横向力上承载尽可能小的载荷,并且系统仍保持稳定,使用0.01的摩擦系数(与实体模型一样)。

图片 03 - 比较模型1

比较模型2: 表面模型与梁杆辐条轮

建模为比较模型1,仅与使用梁条执行辐条轮的区别。 为了使用近似正确的刚度,杆横截面的尺寸假定为面积厚度和钻孔壁上的杆的间距。

图片 04 - 比较模型2

比较模型3: 区域类型为“Membranzugzugfrei”的表面模型

现在插入一个区域而不是辐条轮。 由于存在相对较大的模型,因此新区域的面积厚度设置为两倍。 表面型刚度选择为“无膜”。 只能传递压缩力和力矩。 当膜张力发生时,相应的FE元件失效。

图片 05 - 比较模型3

比较模型4: 具有线释放的表面模型

同样在该模型中,孔用表面封闭。 对于非线性电力传输,现在使用具有非线性的线路释放“如果vz为负则固定”。 同样,其他平移自由度具有低摩擦力。

图片 06 - 比较模型4

比较和结论

表面模型优于体积模型,因为它们的建模工作量较低且计算时间短得多。

在比较结果时,令人惊讶的是,由于高估的刚度,第一比较模型提供了最低的变形。 在横截面上应用近似刚度以及使用直线释放仅提供比体积模型稍大的位移。

具有“无膜”特征的模型提供了最大的变形,但在建模方面是最快的方法。 默认情况下,此属性使用五个负载级别,这使计算时间更长。

图片 07 - 结果变形

如果比较四个表面模型的比较应力,则电压是准一致的并且与体积张力相当。

图片 08 - 结果紧张

关键词

连接,剪切束缚,建模

参考

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