基于Abaqus的周向不连续问题二维简化方法

2016-12-10  by:CAE仿真在线  来源:互联网

在利用Abaqus解决工程问题过程中,经常会遇到大型复杂旋转类设备,若建立三维模型,单元节点数量巨大,计算成本高、效率低,因此将其简化为平面问题是比较方便的。那么对于整个系统中的周向不连续结构(如带螺栓孔的法兰盘,如图1)该如何进行二维简化呢?下面通过实例介绍两种方法。

1. 问题描述:

(1)模型介绍:以带螺栓孔的法兰盘为例,如下图所示,内径r= 20mm,外径R=100mm,圆周方向均匀分布8个半径为4的螺栓孔。

模型一:三维模型,材料属性如表1,模型如图1所示;

模型二:二维模型,采用平面应力单元模拟螺栓孔区域,其余部分为轴对称单元,平面单元的厚度按下式进行近似计算,式中参数如图4,材料属性如表1,模型如图2所示;

式中:T为平面应力单元厚度,n为螺栓孔个数,R0为螺栓孔半径,参数RA和RH见图4。

模型三:二维模型,采用不同材料属性的轴对称单元模拟螺栓孔区域,其余部分为轴对称单元,材料属性如表1和表2,模型如图3所示。

图1模型一

图2模型二

图3模型三

(2)材料属性

计算模型所采用的材料属性如表1和表2所示。其中表2的材料参数按照以下公式进行换算,式中参数如图4:

图4材料换算尺寸示意图

表1材料属性一

表2材料属性二

(3)边界条件与载荷

对模型轴向定义固定约束,对整个模型施加离心力,如图4所示。

图5施加离心力

2. 结果分析

图6为以上三个模型的径向应力云图,通过对比结果可以看出,三个模型在相同截面处的径向应力误差较小,分布基本一致,但需要注意的是,两个简化模型在螺栓孔附近的过渡区域会存在一定的结果误差。

图6径向应力

3. 小结

通过上述对比验证,为用户提供了两种模拟周向不连续问题的二维简化方法,在使用时,应根据实际情况选择合适的简化方式。

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