ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真

橡胶扩张变形过程是个典型的非线性过程,而且包含了非线性中的三种情况:

1. 橡胶属于典型的超弹性材料—— 材料非线性
2. 橡胶在扩张过程中的应变很大—— 几何非线性
3. 橡胶扩张过程中存在于扩张件的接触—— 状态非线性

因此在仿真过程中,我们要认真关注计算的收敛性问题。下面我们以电缆冷缩终端为例,对橡胶件的扩张过程进行一个仿真,并得出冷缩终端的抱紧力。

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图1



仿真过程

对于橡胶扩张过程的仿真,我们可以将其视为准静态问题,因此我们选择Workbench中的 Static Structural (结构静力学)模块来简单模拟。

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图2

Step1

橡胶材料的选择

新建一个材料,命名为“RUBER”。

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图3

本次计算采用Ogden 3rd Order本构方程,双击Toolbox中的Ogden 3rd Order材料模型,将其添加到RUBER材料的属性中。

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图4

根据ANSYS Help中的数据,Ogden 3rd Order材料模型具体数值依次为:43438Pa、1.3、82.74Pa、5、-698.5Pa、-2、2.9E-8Pa^-1、0Pa^-10Pa^-1

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图5

Step2

建立冷缩终端模型

冷缩终端属于回转体,我们可以选择纵向截面的1/2,使用平面轴对称模型进行仿真,这样不仅不损失计算精度,同时也大大降低了计算量。

笔者在CAD中画了个冷缩终端的模型,导入到SCDM中,并将两个面模型分别命名为“电缆”“终端”,几何模型如下图所示:

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图6

Step3

设置分析类型
在Propertiesof Project Schematic中将 AnalysisType切换为2D 。( 若Analysis Type为3D,则导入平面几何后软件将使用壳单元计算 )。双击Model进入Mechianical。

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图7

Step4

设置模型参数

点击Geometry,将2D Behavior设置为Axisymmetric;

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图8

选择电缆,因为电缆材料参数笔者暂时未找到,所以材料默认为Structural Steel;

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图9

选择终端, 将其材料改为Step2中建立的“Ruber

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图10

Step5

接触设置

1. 接触边选择终端边,目标边选择电缆

2. 接触类型选择Frictionl(摩擦接触),摩擦系数设置为0.1

3. 接触算法选择Normal Lagrange(法向拉格朗日算法)

4. 橡胶扩张模拟:该案例我们使用偏移目标面的方式来模拟扩张过程。将Interface Treatment设置为Add Offect,Ramped Effects,Offcet设置为10mm,表示终端的内径扩张10mm。

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图11

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图12

Step6

网格划分

自由网格划分。网格物理选项设置为非线性结构,单元阶数设置为线性(低阶),网格尺寸设置为1mm

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图13

Step7

分析设置

1. 自动时间步设置。打开自动时间步,并采用子步形式;

2. 子步设置。初始子步设置为200,最小子步设置为100,最大子步设置为400;

3. 打开大变形。Ogden 3rd Order材料要求分析时必须打开大变形。

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图14

Step8

载荷和约束设置

设置电缆中心线为固定约束A,同时为了方便计算,将终端底边设置为无摩擦约束B。

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图15

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图16

Step9

结果

提取变形结果,如下图所示。

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图17

同样,我们可以在结果中插入接触工具Contact Tool,提取接触压力Pressure,如下图所示。

ANSYS Workbench分析实例之橡胶件扩张过程仿真的图18

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