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2019-11-04

内衬面建模: 危险和可能的解决方案

Bei der Modellierung mit finiten Elementen stößt man früher oder später auf die Frage, wie zwei aufeinanderliegende Flächen (2D-Elemente) modelliert werden können. Nicht selten wird der Gedanke umgesetzt, beide Flächen in der gleichen Ebene zu modellieren. Welche Folgen dies haben kann und ob es eventuell bessere Lösungsansätze gibt, soll im Folgenden betrachtet werden.

情况 1: 在同一平面建模

选项1遵循在同一平面上对两个面建模的方法。 考虑一个较大的矩形面(蓝色),通过附加面(绿色)进行加固。 两个面的Z坐标都相同。

通过整个结构的有限元网格以及各个面组件,可以清楚地看到每个面都与自身啮合。

在左边的结构中,两个面的单元是一致的。 在系统不是这种情况。 在这种情况下,大面积的有限元网格受到集成到面上的其他单元的影响。

为了说明不同的效果,我们给小面设置一个非常柔软的材料。 这里只是对小面积施加应力,以便更好地反映大面积的相关特性。

由于一阶有限元网格,左边系统的面被胶合。 变形是相同的。 在适当的系统中情况有所不同。 由于主面FE网格的扭曲,有限元节点的坐标在某些情况下与小面的坐标相同。 只有在这些点上才会发生力传递。 这也解释了中间区域小面积的局部变形峰值。

如果更改了荷载标志,那么由于缺少接触定义,很明显没有顶面和底面。 这两个面都可以在没有力的情况下通过相同的有限元节点连接。

结果: 实模型通常比这里选择的例子复杂。 有限元网格受更多不规则几何图形的影响甚至更大,这可能会导致面之间不可预测的连接或释放。 在面上彼此独立移动的区域中,也不能定义接触条件。 因此,应避免使用该方法进行建模。

情况 2: 增加板厚

如果两个面都由相同的材料组成,那么通过在面上添加厚度来组合它们是有意义的。 火山原则可能需要划分主面,但基本上相对容易实现。 在这个例子中,30mm厚的钢板用另一个30mm的板加固。 在左侧是带有实体单元验算的模型。

由于简化了建模,当然不可能精确地考虑面的相互作用。

选项3: 使用Contact Solid建模

如果两个面之间的相互作用起主导作用,则可以使用一个接触体。 为此,两个面都应在它们的质心中定义。 得到的距离取决于接触体的厚度。 随后可以为其分配接触条件(例如,受拉,摩擦等)。

视频中显示了端板关节的建模方法。


作者

Sühnel 先生目前主要负责 RSTAB 的质量保证部门;同时还参与产品开发,为客户提供技术支持。

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